Optogenetic toolkit for precise control of organellar calcium signaling
用于精确控制细胞器钙信号传导的光遗传学工具包
基本信息
- 批准号:10706462
- 负责人:
- 金额:$ 18.78万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2022
- 资助国家:美国
- 起止时间:2022-09-20 至 2024-08-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:AutophagocytosisBiomedical ResearchCalciumCalcium ChannelCalcium SignalingCardiovascular DiseasesCell Surface ReceptorsCell membraneCell physiologyCellular biologyCommunicationCouplingCytoplasmDiglyceridesDiseaseDrosophila melanogasterEndoplasmic ReticulumEnergy MetabolismEngineeringFRAP1 geneG-Protein-Coupled ReceptorsGenerationsGoalsHomeostasisInterventionKineticsLightLipidsLysosomesMalignant NeoplasmsMammalian CellMediatingMembraneMetabolic syndromeMitochondriaModificationMolecularMuscle CellsNamesNeurodegenerative DisordersOpticsOrganellesOuter Mitochondrial MembraneOxygenPathway interactionsPatternPerformancePhototoxicityPhysiological ProcessesPlayPositioning AttributePrecision therapeuticsPropertyProtein BiosynthesisProtein EngineeringProteinsReceptor Protein-Tyrosine KinasesResolutionRoleSTIM1 geneSarcoplasmic ReticulumSeriesShapesSideSignal TransductionSignaling MoleculeSiteSpecificitySystemTechnologyTestingToxic effectbiological systemsdesignendoplasmic reticulum stressextracellulargenetic manipulationhuman diseaseimmunoregulationin vivoinnovationinventionnervous system disorderneuroregulationnovelnovel strategiesoptogeneticsperoxisomepharmacologicprotein foldingrelease of sequestered calcium ion into cytoplasmremote controlresponsespatiotemporaltechnology developmenttoolultraviolet irradiationvoltage
项目摘要
Endoplasmic reticulum (ER), or sarcoplasmic reticulum in muscle cells, acts as the largest intracellular
Ca2+ store and plays a pivotal role in shaping the spatiotemporal dynamics of Ca2+ sigals to maintain
intracellular Ca2+ homeostasis. Reciprocally, calcium is also intimately involved in regulating ER functions,
including lipid synthesis, protein synthesis, folding, modifications and translocation. Consequently, the
ER employs a series of regulators to control Ca2+ concentration on both sides of the membrane and
mediate Ca2+ transfer with the surrounding organelles via membrane contact sites. Deregulated ER Ca2+
homeostasis not only results in ER stress and unfolded protein response (UPR), but also is involved in
cardiovascular diseases, neurological diseases, metabolic syndromes and other diseases.
Pharmacological modulation and genetic manipulations are often applied to study the ER Ca2+ handling
machinery, but these largely irreversible approaches often lack spatial precision and specificity.
Optogenetics technology provides a novel approach for modulating ER Ca2+ homeostasis with
superior spatiotemporal resolution and high reversibility. Hence, the team proposes to create an
innovative optogenetic toolkit, named as Genetically Encoded ER Calcium Actuators (GEECAs), that
enable optical interrogation of ER Ca2+ homeostasis, ER-organelle Ca2+ communications and organellar
Ca2+-modulated activities in multiple biological systems. In Specific Aim 1, the team will design a set of
GEECAs based on ER-localized calcium channels and/or their photoswitchable actuators to photo-tune
ER Ca2+ signals with varying kinetic and dynamic properties. In Specific Aim 2, the team seeks to develop
an optogenetic platform to control inter-organellar tethering and Ca2+ transfer between ER and its
surrounding organelles. The successful execution of this project will provide novel opportunities to
achieve noninvasive and precise modulation of ER Ca2+ homeostasis and inter-organellar Ca2+ signaling
with high spatiotemporal precision, thereby exerting remote control over cellular physiology, including ER
stress, energy metabolism, autophagy and mTOR signaling. From a translational perspective, molecular
tools generated from this project will provide novel interventional approaches for human diseases
associated with aberrant ER Ca2+ signaling.
内质网 (ER) 或肌肉细胞中的肌浆网,充当最大的细胞内网
Ca2+ 储存并在塑造 Ca2+ 信号的时空动态以维持
细胞内 Ca2+ 稳态。相反,钙也密切参与调节 ER 功能,
包括脂质合成、蛋白质合成、折叠、修饰和易位。因此,
ER 采用一系列调节器来控制膜两侧的 Ca2+ 浓度,
通过膜接触位点介导 Ca2+ 与周围细胞器的转移。 ER Ca2+ 解除管制
稳态不仅导致 ER 应激和未折叠蛋白反应 (UPR),而且还参与
心血管疾病、神经系统疾病、代谢综合征等疾病。
药理学调节和基因操作通常用于研究 ER Ca2+ 处理
机械,但这些基本上不可逆的方法往往缺乏空间精度和特异性。
光遗传学技术提供了一种调节 ER Ca2+ 稳态的新方法
优越的时空分辨率和高可逆性。因此,团队建议创建一个
创新的光遗传学工具包,称为基因编码内质网钙执行器(GEECA),
实现内质网 Ca2+ 稳态、内质网细胞器 Ca2+ 通讯和细胞器的光学询问
多种生物系统中 Ca2+ 调节的活性。在具体目标 1 中,团队将设计一组
基于内质网局部钙通道和/或其光开关致动器进行光调谐的 GEECA
ER Ca2+ 信号具有不同的动力学和动态特性。在具体目标 2 中,团队力求开发
一个光遗传学平台来控制内质网与其之间的细胞器间束缚和 Ca2+ 转移
周围的细胞器。该项目的成功实施将为
实现内质网 Ca2+ 稳态和细胞器间 Ca2+ 信号传导的无创和精确调节
具有高时空精度,从而对细胞生理学进行远程控制,包括 ER
应激、能量代谢、自噬和 mTOR 信号传导。从翻译的角度来看,分子
该项目产生的工具将为人类疾病提供新的介入方法
与异常的 ER Ca2+ 信号传导有关。
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)
Shedding light on ORAI1 channel with genetic code expansion.
揭示具有遗传密码扩展的 ORAI1 通道。
- DOI:10.1016/j.ceca.2023.102755
- 发表时间:2023-07
- 期刊:
- 影响因子:4
- 作者:Ali, Sher;Ma, Guolin;Zhou, Yubin
- 通讯作者:Zhou, Yubin
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