Mitochondria Dynamics Protein Drp1 in ROS Signaling, Endothelial Metabolism and Angiogenesis
线粒体动力学蛋白 Drp1 在 ROS 信号传导、内皮代谢和血管生成中的作用
基本信息
- 批准号:10666540
- 负责人:
- 金额:$ 49.52万
- 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:2021-09-01 至 2025-07-31
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:5&apos-AMP-activated protein kinaseAMP-activated protein kinase kinaseAddressAnimal ModelBiological AssayBiosensorBiotinBlood VesselsCRISPR/Cas technologyCardiovascular DiseasesCell SeparationCellular Metabolic ProcessCytosolDataDiabetes MellitusDiseaseEndothelial CellsEndotheliumEnzymesFractionationFutureGene TransferGlycolysisGoalsGrantGrowthGuanosine Triphosphate PhosphohydrolasesHindlimbHumanHydrogen PeroxideImpairmentIn SituIschemiaKDR geneKnock-inKnock-in MouseLabelLigationLinkMeasuresMetabolicMetabolismMethodsMitochondriaModelingMolecularMusMuscleMutant Strains MiceMyocardial IschemiaNADPH OxidaseOuter Mitochondrial MembraneOxidation-ReductionOxidative PhosphorylationPatientsPeripheral arterial diseasePhasePhosphorylationPhysiologicalPlayPost-Translational Protein ProcessingProcessProductionProtein DynamicsProteinsReactive Oxygen SpeciesReagentRegulationReportingRoleSamplingSignal TransductionSignaling MoleculeSiteSourceTransgenic MiceVascular DiseasesVascular Endothelial Growth Factorsangiogenesiscysteinesulfenic aciddiabeticdisulfide bondin situ imagingin vivoinnovationinsightlimb ischemiamutantneovascularizationnew therapeutic targetnoveloverexpressionoxidationpostnatalprotein protein interactionreal-time imagesresponseresponse to injurysensortherapeutic angiogenesistherapeutic targettissue repairtransmission processtreatment strategy
项目摘要
The aim of this grant is to elucidate the role of mitochondrial dynamics protein Drp1 as a novel redox sensor
that transmits VEGF-derived H2O2 signaling to enhance angiogenesis via regulation of endothelial cell
(EC) glycolysis. The induction of new blood vessels is critical for tissue repair in response to injury such as
peripheral arterial disease (PAD), which is impaired in diabetes. Reactive oxygen species (ROS) such as H2O2
derived from NADPH oxidase (NOX) and mitochondria at normal level act as signaling molecules to promote
VEGF-induced angiogenesis in endothelial cells (ECs) and reparative neovascularization. However, it remains
unclear “how diffusible H2O2 signal can be specifically transmitted to promote therapeutic angiogenesis”.
Signaling function of ROS is mainly through oxidation of reactive Cys residues to generate “Cysteine sulfenic
acid (Cys-OH)” (sulfenylation) which is involved in disulfide bond formation with target protein and redox
signaling. In addition, ECs utilize glycolysis as a major source of ATP to promote angiogenesis. However, the
mechanistic link between NOX-mitochondrial ROS (mitoROS)/redox signaling and EC metabolism (glycolysis)
in VEGF-induced angiogenesis is entirely unknown. Drp1 GTPase is key regulator of mitochondrial (mito) fission
via its post translational modification, but its role in ROS dependent VEGFR2 signaling and angiogenesis in ECs
and in vivo has never been reported. Our preliminary data are consistent with the hypothesis that VEGF
induces sulfenylation of Drp1 via NOX-derived H2O2, which drives mito fission-mitoROS axis that
promotes oxidative activation of key metabolic enzyme AMPK via disulfide bond formation (early phase)
as well as PFKFB3 expression (late phase) in ECs. This in turn enhances endothelial glycolysis and
angiogenesis required for restoring neovascularization in ischemic vascular disease. Aim1 will
characterize the VEGF-induced Drp1 sulfenylation and establish its role in ROS-dependent angiogenic
responses in ECs. Aim2 will determine the molecular mechanism by which VEGF-induced Drp1 sulfenylation
promotes glycolysis via mitochondrial ROS-dependent manner in ECs. Aim 3 will determine the functional role
of endothelial Drp1 in ROS-dependent reparative neovascularization and address underlying mechanisms in
vivo using animal model of PAD (hindlimb ischemia model). We will also address how diabetes -induced excess
ROS impair angiogenesis in ECs and in vivo by focusing on Drp1 phosphorylation at S616, but not Drp1-CysOH.
We will use various innovative reagents, methods and mice including biotin-labelled Cys-OH trapping probe;
BiFC-based protein-protein interaction in situ; real-time imaging of cytosol- and mitoROS using redox-sensitive
biosensors; newly developed EC-specific Drp1-/- mice and CRISPR/Cas9-generated “redox dead” Cys
oxidation-defective Drp1 or AMPK knock-in mutant mice. Our proposal will provide novel mechanistic
insights into Cys oxidized mitochondrial fission protein Drp1 that orchestrates NOX/mito ROS signaling and
glycolysis as a potential therapeutic target for treatment of ischemic cardiovascular diseases.
该资助的目的是阐明线粒体动力学蛋白 Drp1 作为新型氧化还原传感器的作用
传递 VEGF 衍生的 H2O2 信号,通过调节内皮细胞来增强血管生成
(EC) 糖酵解对于响应损伤(例如,损伤)的组织修复至关重要。
外周动脉疾病 (PAD),在糖尿病中会受到活性氧 (ROS) 的影响,例如 H2O2。
源自正常水平的 NADPH 氧化酶 (NOX) 和线粒体作为信号分子,促进
然而,VEGF 诱导的内皮细胞 (EC) 血管生成和修复性新血管形成仍然存在。
尚不清楚“如何特异性传递可扩散的 H2O2 信号以促进治疗性血管生成”。
ROS的信号传导功能主要是通过氧化反应性Cys残基生成“半胱氨酸磺酸”
酸(Cys-OH)”(磺酰化),参与与目标蛋白形成二硫键和氧化还原
此外,EC 利用糖酵解作为 ATP 的主要来源来促进血管生成。
NOX-线粒体 ROS (mitoROS)/氧化还原信号传导与 EC 代谢(糖酵解)之间的机制联系
Drp1 GTPase 在 VEGF 诱导的血管生成中的作用尚不清楚。
通过其翻译后修饰,但其在 EC 中 ROS 依赖性 VEGFR2 信号传导和血管生成中的作用
我们的初步数据与 VEGF 的假设一致。
通过 NOX 衍生的 H2O2 诱导 Drp1 的磺酰化,从而驱动 mito 裂变 -mitoROS 轴
通过二硫键形成促进关键代谢酶 AMPK 的氧化激活(早期)
以及 EC 中的 PFKFB3 表达(晚期),这反过来又增强内皮糖酵解和
Aim1 恢复缺血性血管疾病中新血管形成所需的血管生成。
表征 VEGF 诱导的 Drp1 磺酰化并确定其在 ROS 依赖性血管生成中的作用
ECs 中的反应将决定 VEGF 诱导 Drp1 磺酰化的分子机制。
在 EC 中通过线粒体 ROS 依赖性方式促进糖酵解,目标 3 将决定其功能作用。
内皮 Drp1 在 ROS 依赖性修复性新血管形成中的作用并解决其潜在机制
体内使用 PAD 动物模型(后肢缺血模型)我们还将讨论糖尿病如何引起过量。
ROS 通过关注 Drp1 S616 的磷酸化而不是 Drp1-CysOH 来损害 EC 和体内的血管生成。
我们将使用各种创新的试剂、方法和小鼠,包括生物素标记的Cys-OH捕获探针;
使用氧化还原敏感的基于 BiFC 的蛋白质-蛋白质相互作用原位实时成像
生物传感器;新开发的 EC 特异性 Drp1-/- 小鼠和 CRISPR/Cas9 生成的“氧化还原死亡”Cys
氧化缺陷的 Drp1 或 AMPK 敲入突变小鼠我们的建议将提供新的机制。
深入了解 Cys 氧化线粒体裂变蛋白 Drp1,该蛋白协调 NOX/mito ROS 信号传导和
糖酵解作为治疗缺血性心血管疾病的潜在治疗靶点。
项目成果
期刊论文数量(1)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Embracing Diversity, Equity, and Inclusion in the Scientific Community-Viewpoints of the Diversity, Equity, and Inclusion Committee of the North American Vascular Biology Organization.
在科学界拥抱多样性、公平性和包容性——北美血管生物学组织多样性、公平性和包容性委员会的观点。
- DOI:
- 发表时间:2022
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:Garelnabi, Mahdi;Cowdin, Mitzy;Fang, Yun;Shrestha, Bandana;Ushio;Aikawa, Elena;Graham, Garth;Molema, Grietje;Yanagisawa, Hiromi;Aikawa, Masanori
- 通讯作者:Aikawa, Masanori
{{
item.title }}
{{ item.translation_title }}
- DOI:
{{ item.doi }} - 发表时间:
{{ item.publish_year }} - 期刊:
- 影响因子:{{ item.factor }}
- 作者:
{{ item.authors }} - 通讯作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ patent.updateTime }}
Masuko Ushio-Fukai其他文献
Masuko Ushio-Fukai的其他文献
{{
item.title }}
{{ item.translation_title }}
- DOI:
{{ item.doi }} - 发表时间:
{{ item.publish_year }} - 期刊:
- 影响因子:{{ item.factor }}
- 作者:
{{ item.authors }} - 通讯作者:
{{ item.author }}
{{ truncateString('Masuko Ushio-Fukai', 18)}}的其他基金
Mitochondria Dynamics Protein Drp1 in ROS Signaling, Endothelial Metabolism and Angiogenesis
线粒体动力学蛋白 Drp1 在 ROS 信号传导、内皮代谢和血管生成中的作用
- 批准号:
10317794 - 财政年份:2021
- 资助金额:
$ 49.52万 - 项目类别:
Mitochondria Dynamics Protein Drp1 in ROS Signaling, Endothelial Metabolism and Angiogenesis
线粒体动力学蛋白 Drp1 在 ROS 信号传导、内皮代谢和血管生成中的作用
- 批准号:
10475228 - 财政年份:2021
- 资助金额:
$ 49.52万 - 项目类别:
Protein Disulfide Isomerase as Novel Redox Sensor in VEGF Signaling
蛋白质二硫键异构酶作为 VEGF 信号转导中的新型氧化还原传感器
- 批准号:
9479934 - 财政年份:2016
- 资助金额:
$ 49.52万 - 项目类别:
Role of Cysteine Sulfenic Acid Formation in Compartmentalization of VEGF Signalin
半胱氨酸磺酸形成在 VEGF 信号蛋白区室化中的作用
- 批准号:
8445715 - 财政年份:2013
- 资助金额:
$ 49.52万 - 项目类别:
Role of Cysteine Sulfenic Acid Formation in Compartmentalization of VEGF Signalin
半胱氨酸磺酸形成在 VEGF 信号蛋白区室化中的作用
- 批准号:
8620710 - 财政年份:2013
- 资助金额:
$ 49.52万 - 项目类别:
相似国自然基金
AMPK通过调控Smurf1的SUMO化抑制创伤性异位骨化的研究
- 批准号:31900852
- 批准年份:2019
- 资助金额:24.0 万元
- 项目类别:青年科学基金项目
血管微环境中内皮细胞AMPK抑制心肌纤维化的功能与机制研究
- 批准号:81800273
- 批准年份:2018
- 资助金额:21.0 万元
- 项目类别:青年科学基金项目
基于AMPK-FXR-BSEP介导的齐墩果酸所致胆汁淤积性肝损伤作用机制研究
- 批准号:81760678
- 批准年份:2017
- 资助金额:35.0 万元
- 项目类别:地区科学基金项目
基于AMPK信号通路研究菝葜黄酮调控脂类代谢分子机制
- 批准号:81760157
- 批准年份:2017
- 资助金额:32.0 万元
- 项目类别:地区科学基金项目
AMPK通过Wnt/β-catenin信号通路调控绵羊肌内脂肪前体细胞分化的研究
- 批准号:31402053
- 批准年份:2014
- 资助金额:25.0 万元
- 项目类别:青年科学基金项目
相似海外基金
Endothelial Metabolic Reprogramming by Interferon-gamma in Coronary Artery Disease
干扰素γ在冠状动脉疾病中的内皮代谢重编程
- 批准号:
10662850 - 财政年份:2023
- 资助金额:
$ 49.52万 - 项目类别:
Elucidating the Trophic Support of Long Axons by Metabolic Signaling in Oligodendrocytes
通过少突胶质细胞代谢信号阐明长轴突的营养支持
- 批准号:
10782630 - 财政年份:2023
- 资助金额:
$ 49.52万 - 项目类别:
Glyoxalase 1 and its Role in Metabolic Syndrome
乙二醛酶 1 及其在代谢综合征中的作用
- 批准号:
10656054 - 财政年份:2023
- 资助金额:
$ 49.52万 - 项目类别:
Development of caspase-6 inhibitors for treatment of NASH
开发治疗 NASH 的 caspase-6 抑制剂
- 批准号:
10608905 - 财政年份:2023
- 资助金额:
$ 49.52万 - 项目类别: