Molecular Targets of Neurosteroid Anti-depressant Action
神经类固醇抗抑郁作用的分子靶点
基本信息
- 批准号:10662406
- 负责人:
- 金额:$ 55.77万
- 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:2021-08-01 至 2026-05-31
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:AffinityAgonistAlkynesAllopregnanoloneAmino AcidsAnestheticsAnti-Anxiety AgentsAnti-Inflammatory AgentsAntidepressive AgentsAntiepileptic AgentsAutomobile DrivingAutophagocytosisBehaviorBehavior assessmentBehavioralBindingBinding ProteinsBinding SitesBiologicalBiological AssayBiologyBrainCarrier ProteinsCell membraneCellular StressChemicalsChemistryCholesterolClustered Regularly Interspaced Short Palindromic RepeatsCoupledDataDevelopmentDockingElectrophysiology (science)GoalsGolgi ApparatusHippocampusInflammatoryIntracellular MembranesIon ChannelKetamineKnock-outLabelLinkLipidsMapsMass Spectrum AnalysisMediatingMembraneMental DepressionMethodsMolecularMolecular TargetMutationN-Methyl-D-Aspartate ReceptorsNMDA receptor A1NeuronsNitrous OxideOrganellesOutputPathway interactionsPhospholipidsPhotoaffinity LabelsPhysiologicalPhysiological ProcessesPhysiologyProtein ChemistryProtein IsoformsProteinsProteomeProteomicsPsychiatric therapeutic procedureReagentReceptor InhibitionResearchResearch SupportRoleSignal TransductionSiteSterolsTechniquesTherapeuticTreatment EfficacyWorkanalogantagonistantidepressant effectbeta Tubulinbiological adaptation to stressenantiomerin vivoinsightlipid transfer proteinlipid transportliquid chromatography mass spectrometrymolecular modelingnetwork dysfunctionneuroinflammationneuronal excitabilityneurosteroidsnovelnovel therapeuticsoxysterol binding proteinpositive allosteric modulatorprotein expressionreceptorresponsesedativesteroid analogtrans-Golgi Network
项目摘要
Project description
Neuroactive steroids (NAS) are important modulators of neuronal excitability with demonstrated therapeutic
efficacy as anesthetics and rapidly acting anti-depressants. While the anesthetic actions of NAS are mediated
by GABAA receptors, the mechanism(s) of their anti-depressant effect remains unknown. NAS functionally
modulate the activity of NMDA receptors and specifically bind several intracellular proteins that may contribute
to their anti-depressant actions. Notably, NAS also localize to trans-Golgi membranes, suggesting that they are
either selectively transported to Golgi or have an abundant selective binding partner in Golgi. The goals of this
project are to characterize NAS binding sites on putative anti-depressant protein targets and identify novel
intracellular NAS binding proteins that may contribute to the anti-depressant effects of NAS. To achieve these
goals, we will utilize NAS analogue photo-affinity labeling in concert with state-of-the-art protein chemistry and
expression techniques and cutting-edge mass spectrometry (MS) methods. The Evers lab has developed
these methods and successfully applied them to delineating the molecular details of NAS binding to VDAC, β-
tubulin and isoform-specific sites on GABAA receptors. Novel photo-affinity labeling reagents for this project will
be synthesized in the Chemistry Core. The output of our labeling studies will be identification of novel NAS
binding proteins and mutations in NAS binding sites that enable characterization of the role of these target
proteins in the anti-depressant physiological and behavioral effects of NAS (Projects 2 and 3). The Project has
two specific aims:
In Aim 1, we will identify and characterize the binding sites for NAS that are negative- and positive-
allosteric modulators (NAMs and PAMs) of NMDA receptors. GluN1/GluN2B NMDA receptors will be labeled
with NAM and PAM NAS photo-affinity analogues and the number of labeling sites on each subunit will be
determined using intact protein MS. The specific amino acids modified by the photolabeling reagents will be
identified using middle-down MS. Molecular modeling will be used, in conjunction with the photolabeling data,
to predict critical residues that may be necessary for NAS binding or effect. In Aim 2A we will perform an
unbiased search to identify the “proteome” of NAS binding proteins in intact hippocampal neurons using photo-
affinity labeling reagents with a “”click chemistry” tag to enrich binding proteins, followed by LC-MS/MS-based
protein identification. In Aim 2B, we will perform a focused proteomic search to identify cytosolic neuronal
proteins that selectively bind/transport NAS and may alter the lipid composition of organelle membranes and
modulate cellular stress responses. The physiological and behavioral effects of identified NAS-binding
proteins involved in cellular stress response pathways (Aim 2A) and NAS/lipid transport (Aim 2B) will be
evaluated using CRISPR knockout methods (Projects 2 and 3).
项目描述
神经活性类固醇 (NAS) 是神经元兴奋性的重要调节剂,具有已被证明的治疗作用
NAS 的麻醉作用是介导的,具有麻醉药和快速作用的抗抑郁药的功效。
通过 GABAA 受体,其抗抑郁作用的机制在功能上仍不清楚。
调节 NMDA 受体的活性并特异性结合几种可能有助于
值得注意的是,NAS 也定位于跨高尔基体膜,这表明它们是
要么选择性地转运到高尔基体,要么在高尔基体中具有丰富的选择性结合伙伴。
该项目旨在表征推定的抗抑郁蛋白靶点上的 NAS 结合位点并鉴定新的
细胞内 NAS 结合蛋白可能有助于 NAS 的抗抑郁作用,以实现这些目标。
为了实现这一目标,我们将利用 NAS 模拟光亲和标记与最先进的蛋白质化学相结合,
Evers 实验室开发了表达技术和尖端质谱 (MS) 方法。
这些方法并成功应用于描绘 NAS 与 VDAC、β- 结合的分子细节
该项目的新型光亲和标记试剂将检测微管蛋白和 GABAA 受体上的异构体特异性位点。
我们的标记研究的输出将是新型 NAS 的鉴定。
结合蛋白和 NAS 结合位点的突变能够表征这些靶标的作用
NAS 的抗抑郁生理和行为效应中的蛋白质(项目 2 和 3)。
两个具体目标:
在目标 1 中,我们将识别并表征 NAS 的正负结合位点
NMDA 受体的变构调节剂(NAM 和 PAM)将被标记。
与 NAM 和 PAM NAS 光亲和类似物,每个亚基上的标记位点数量为
使用完整蛋白质 MS 确定被光标记试剂修饰的特定氨基酸。
将使用中下质谱鉴定,并结合光标记数据,
为了预测 NAS 结合或效应可能必需的关键残基,我们将在目标 2A 中执行一个操作。
使用照片进行无偏搜索以识别完整海马神经元中 NAS 结合蛋白的“蛋白质组”
带有“点击化学”标签的亲和标记试剂可富集结合蛋白,然后是基于 LC-MS/MS 的
在目标 2B 中,我们将进行重点蛋白质组学搜索来鉴定胞质神经元。
选择性结合/运输 NAS 并可能改变细胞器膜脂质组成的蛋白质
调节细胞应激反应已确定的 NAS 结合的生理和行为效应。
参与细胞应激反应途径(目标 2A)和 NAS/脂质运输(目标 2B)的蛋白质将被
使用 CRISPR 敲除方法进行评估(项目 2 和 3)。
项目成果
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