Genetic analysis to determine the functional role of GRID1
遗传分析以确定 GRID1 的功能作用
基本信息
- 批准号:10217304
- 负责人:
- 金额:$ 15.6万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2021
- 资助国家:美国
- 起止时间:2021-04-05 至 2022-04-04
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:AMPA ReceptorsAffectAgonistBindingBinding SitesBrainCationsCell Surface ReceptorsCommunicationDiseaseDistalElectrophysiology (science)Extracellular DomainFamily memberFrequenciesGene FamilyGeneral PopulationGenesGlutamate ReceptorGlutamatesGlycineHealthHumanIndividualIon ChannelIonsKainic Acid ReceptorsLigandsMediatingModalityMolecular ConformationMutationN-Methyl-D-Aspartate ReceptorsN-MethylaspartateNMDA receptor A1NeuraxisNeurologicNeuronsPatientsPhysiologicalPlayPopulationPopulation GeneticsProcessPropertyProteinsRegulationRoleSerineSignal TransductionSiteSynaptic ReceptorsSynaptic TransmissionSystemTestingVariantconstitutive active receptordelta receptorsdesigndimerexperimental studyextracellularfallsgenetic analysisinsightkainatemutantnervous system disorderneuropathologypresynapticreceptorreceptor bindingresponsescaffoldsynaptogenesisweb site
项目摘要
Summary
The glutamate receptor gene family encodes AMPA, kainate, and NMDA receptors, which mediate
excitatory synaptic transmission in the central nervous system. Two additional gene family members, GRID1
and GRID2, encode the enigmatic delta receptor GluD1 and GluD2 subunits, which can bind D-serine but do
not appear to activate conventional signaling systems. There are four functional effects known for delta
receptors: (1) Both delta receptors (GluD1 and GluD2) are activated when certain mutations occur in the
transmembrane helices, which convert a non-gating receptor into a channel that is constitutively open,
producing a tonic inward current. In addition, chimeric receptors in which the glutamate binding domain
from a kainate or AMPA receptor replaces the analogous D-serine binding domain for GluD1 and GluD2 can
be activated by glutamate, suggesting that the highly specialized machinery needed to convert agonist binding
into pore opening is conserved in delta GluD1 receptors. (2) The binding of D-serine to GluD1 receptors
harboring a TM3 mutation that renders them constitutively active can close the channel, raising that possibility
that D-serine binding produces meaningful conformational changes with unknown physiological roles in WT
receptors. (3) Ca2+ binding to a site at the dimer interface between two adjacent D-serine binding domains
potentiates constitutive current in mutant receptors, suggesting Ca2+ could regulate GluD1 conformation and
function. (4) The distal extracellular domain serves as a ligand for presynaptic Cbln2 and neurexin, which can
alter synapse formation. Whereas Cbln2 and neurexin binding to GluD1 appears to be critical, it remains
unclear whether channel gating, D-serine binding, or Ca2+ regulation of GluD1 play important roles in brain.
A unique power of population genetics is that it can identify key functions of a protein in an unbiased
manner. GRID1 is one of the least tolerant genes in the body, falling in the top 2 percentile for lacking
variation, suggesting it plays essential roles. Consistent with this idea, patients with neurological conditions
have been identified with missense variants in GRID1 that are absent in the general population. We will
evaluate the effects of disease-associated variants in addition to well-tolerated variants commonly observed in
the healthy population on three modalities associated with GRID1 function—constitutive activation, D-serine
binding, Ca2+ binding. If any of these functional attributes are important, then we expect to find disease-
associated variants that perturb them, while variants present in the standing population should be without
effect. Three electrophysiological experiments will answer the following questions:
Aim 1: Can missense variants produce active ion channels that are involved in neuropathology?
Aim 2: Do missense variants alter the actions of D-serine and Ca2+ on constitutively active channels?
Aim 3: Do missense variants alter the actions of glutamate on GluD1-GluK2 chimeric receptors?
概括
谷氨酸受体基因家族编码 AMPA、红藻氨酸和 NMDA 受体,介导
中枢神经系统中的两个额外基因家族成员 GRID1。
和 GRID2,编码神秘的 δ 受体 GluD1 和 GluD2 亚基,它们可以结合 D-丝氨酸,但不结合
Delta 似乎不会激活传统的信号系统,有四种已知的功能效应。
受体:(1) 当基因发生某些突变时,两种 δ 受体(GluD1 和 GluD2)都会被激活。
跨膜螺旋,将非门控受体转化为组成性开放的通道,
此外,嵌合受体中的谷氨酸结合结构域产生强直性内向电流。
来自红藻氨酸或 AMPA 受体的替代 GluD1 和 GluD2 的类似 D-丝氨酸结合域可以
被谷氨酸激活,表明转换激动剂结合所需的高度专业化的机制
进入孔开口的结构在 delta GluD1 受体中是保守的 (2) D-丝氨酸与 GluD1 受体的结合。
含有使它们持续活跃的 TM3 突变可以关闭通道,从而提高了这种可能性
D-丝氨酸结合产生有意义的构象变化,在 WT 中具有未知的生理作用
(3) Ca2+ 与两个相邻 D-丝氨酸结合域之间的二聚体界面位点结合。
增强突变受体的组成电流,表明 Ca2+ 可以调节 GluD1 构象
(4)远端细胞外结构域作为突触前Cbln2和神经毒素的配体,可以发挥作用。
除了 Cbln2 和神经毒素与 GluD1 的结合似乎至关重要之外,它仍然会改变突触的形成。
目前尚不清楚 GluD1 的通道门控、D-丝氨酸结合或 Ca2+ 调节是否在大脑中发挥重要作用。
群体遗传学的独特之处在于,它可以公正地识别蛋白质的关键功能。
GRID1 是体内耐受性最差的基因之一,因缺乏而位于前 2 个百分点。
变异,表明它在患有神经系统疾病的患者中发挥着重要作用。
已鉴定出 GRID1 中存在普通人群中不存在的错义变异。
除了常见的耐受性良好的变异之外,还评估与疾病相关的变异的影响
健康人群与 GRID1 功能相关的三种模式——组成型激活、D-丝氨酸
结合、Ca2+ 结合 如果这些功能属性中的任何一个很重要,那么我们期望发现疾病-
扰乱它们的相关变体,虽然存在于常住人群中,但应该没有
三个电生理实验将回答以下问题:
目标 1:错义变体能否产生参与神经病理学的活性离子通道?
目标 2:错义是否会改变 D-丝氨酸和 Ca2+ 在组成型活性通道上的作用?
目标 3:错义是否会改变谷氨酸对 GluD1-GluK2 嵌合受体的作用?
项目成果
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