The complex role of phosphodiesterase 6 in rod photoreceptor health and function

磷酸二酯酶 6 在视杆光感受器健康和功能中的复杂作用

基本信息

  • 批准号:
    10662478
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 62.95万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2020-09-01 至 2024-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

ABSTRACT Retinal photoreceptor cells can respond to light throughout an individual’s life due to continuous resetting of the light sensing molecules (visual pigments) and their associated signaling elements. Defects in almost all proteins involved in these processes cause photoreceptor degeneration, which could result not only from a deficiency in enzymatic or other functional activity, but also from a loss of structural elements that maintain the complex topology of the rod outer segment (ROS). Our long-term goal is to elucidate the molecular mechanisms of phototransduction and retinal degeneration to promote the discovery of therapeutics for inherited blinding diseases in humans caused by mutations in phototransduction genes. Mutations in the gene encoding phosphodiesterase 6 (PDE6) are among the main causes of such diseases. Accordingly, we propose two thematically and experimentally linked specific aims. Aim 1: Determine the high- resolution structure of rod outer segments (ROS) and rim region of individual disks derived from three- dimensional (3D) cryo-electron tomograms. This aim has been subdivided into three sub-aims that will focus on determining the molecular identity of the spacers that hold disks precisely arranged, determining the structure of ROS with reduced levels of PDE6 and its impact on ROS organization and the number of pillars, and determining the structure of ROS disk rims and the role of ABCA4 on ROS structural integrity. This research will advance our understanding of the function of PDE6 not only as an enzyme but also as a structural protein. Aim 2: Define the role of the N-terminal pony-tail helical region and delineate the allosteric regulation of PDE6. This aim has been subdivided into three sub-aims that will focus on the membrane anchoring role of the Pt-motif, elucidating the allosteric activation mechanism of the PDE6αβγ2 complex, and determining the structure of the Gtα-GTP-PDE6αβγ2 complex. Overall, the findings from this proposal will facilitate the development of a rational approach to alleviate retinal dystrophies related to mutations in the PDE6 gene.
抽象的 由于视网膜感光细胞的不断重置,视网膜感光细胞可以在人的一生中对光做出反应。 几乎所有蛋白质中的光传感分子(视觉色素)及其相关信号元件的缺陷。 参与这些过程会导致光感受器变性,这不仅可能是由于缺乏 酶或其他功能活性,但也来自维持复合物的结构元件的损失 我们的长期目标是阐明杆外节(ROS)的分子机制。 光转导和视网膜变性促进遗传性致盲疗法的发现 由光转导基因突变引起的人类疾病。 磷酸二酯酶 6 (PDE6) 是此类疾病的主要原因之一。 因此,我们提出了两个主题和实验相关的具体目标 1:确定高目标。 杆外段(ROS)的分辨率结构和来自三层的单个圆盘的边缘区域 三维(3D)冷冻电子断层扫描该目标已细分为三个重点关注的子目标。 确定精确排列圆盘的间隔物的分子身份,确定结构 PDE6 水平降低的 ROS 及其对 ROS 组织和支柱数量的影响,以及 本研究将确定 ROS 盘边缘的结构以及 ABCA4 对 ROS 结构完整性的作用。 加深我们对 PDE6 功能的理解,不仅作为一种酶,而且作为一种结构蛋白。 图 2:定义 N 末端马尾螺旋区域的作用并描述 PDE6 的变构调节。 该目标已细分为三个子目标,重点关注 Pt 基序的膜锚定作用, 阐明PDE6αβγ2复合物的变构激活机制,并确定其结构 总体而言,该提案的结果将有助于合理开发 Gtα-GTP-PDE6αβγ2 复合物。 缓解与 PDE6 基因突变相关的视网膜营养不良的方法。

项目成果

期刊论文数量(8)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Ultrafast spectra and kinetics of human green-cone visual pigment at room temperature.
室温下人类绿锥视色素的超快光谱和动力学。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2023-01-03
  • 期刊:
  • 影响因子:
    11.1
  • 作者:
    Dhankhar, Dinesh;Salom, David;Palczewski, Krzysztof;Rentzepis, Peter M
  • 通讯作者:
    Rentzepis, Peter M
Effective gene therapy of Stargardt disease with PEG-ECO/pGRK1-ABCA4-S/MAR nanoparticles.
使用 PEG-ECO/pGRK1-ABCA4-S/MAR 纳米粒子对 Stargardt 病进行有效的基因治疗。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2022-09-13
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Sun, Da;Sun, Wenyu;Gao, Song;Lehrer, Jonathan;Naderi, Amirreza;Wei, Cheng;Lee, Sangjoon;Schilb, Andrew L;Scheidt, Josef;Hall, Ryan C;Traboulsi, Elias I;Palczewski, Krzysztof;Lu, Zheng
  • 通讯作者:
    Lu, Zheng
Investigating the Role of Rhodopsin F45L Mutation in Mouse Rod Photoreceptor Signaling and Survival.
研究视紫红质 F45L 突变在小鼠视杆光感受器信号传导和存活中的作用。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2023-03
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Poria, Deepak;Kolesnikov, Alexander V;Lee, Tae Jun;Salom, David;Palczewski, Krzysztof;Kefalov, Vladimir J
  • 通讯作者:
    Kefalov, Vladimir J
Structural view of G protein-coupled receptor signaling in the retinal rod outer segment.
视网膜杆外节 G 蛋白偶联受体信号传导的结构视图。
  • DOI:
    10.1016/j.tibs.2022.08.010
  • 发表时间:
    2022-09-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    13.8
  • 作者:
    S. Gulati;K. Palczewski
  • 通讯作者:
    K. Palczewski
New focus on regulation of the rod photoreceptor phosphodiesterase.
新的焦点是视杆光感受器磷酸二酯酶的调节。
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