IMPACTING MITOCHONDRIAL FUNCTION THROUGH ALTERED PROTEASE ACTIVITY
通过改变蛋白酶活性影响线粒体功能
基本信息
- 批准号:10831938
- 负责人:
- 金额:$ 10.65万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2016
- 资助国家:美国
- 起止时间:2016-04-01 至 2023-08-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:AddressAlzheimer&aposs DiseaseApoptoticAwardBindingBiologicalBiological ProcessBiologyCatalytic DomainCellsCellular biologyChronicCryoelectron MicroscopyDiseaseEndowmentEnergy MetabolismEnvironmental Risk FactorEtiologyGenetic InductionGenomic approachGenomicsGoalsGuanosine Triphosphate PhosphohydrolasesHandHealthHereditary Spastic ParaplegiaInner mitochondrial membraneMembraneMetalloproteasesMitochondriaMolecularMorphologyMutationNeurodegenerative DisordersNucleotidesOPA1 geneParkinson DiseasePathogenesisPathologicPeptide HydrolasesProteolysisRegulationResolutionSignal TransductionSiteSpinocerebellar AtaxiasStressStructureStructure-Activity RelationshipTherapeuticZincfunctional genomicsfunctional/structural genomicshuman diseaseinsightmitochondrial dysfunctionmutation screeningpharmacologicproteostasisresponsetherapeutic target
项目摘要
SUMMARY
Mitochondrial dysfunction is a pathologic hallmark in the onset and pathogenesis of nearly all
neurodegenerative diseases. One of the primary determinants in dictating mitochondrial function is the activity
of inner membrane (IM) proteases including the ATP-dependent AAA+ zinc metalloproteases YME1L and
AFG3L2 and the ATP-independent zinc metalloprotease OMA1. These proteases regulate many different
aspects of mitochondrial biology and function to protect mitochondria from pathologic insults. However,
imbalances in the activity of IM proteases induced by genetic or environmental factors are implicated in the
pathogenesis of etiologically-diverse diseases including many neurodegenerative disorders. Despite this, the
molecular mechanisms by which IM proteases regulate mitochondrial biology remain poorly understood. Here,
we are applying a structure-driven approach to determine the molecular mechanisms by which IM proteases
regulate mitochondria in the context of health and disease. We previously solved the first high-resolution
structures of the IM AAA+ proteases YME1 and AFG3L2. Our structures showed that these two proteases
employ a conserved nucleotide-driven, hand-over-hand mechanism to translocate substrates into a privileged
proteolytic chamber for proteolysis. Surprisingly, we also identified unique structural features of YME1 and
AFG3L2 that integrate into this conserved translocation mechanism to distinctly influence protease activity and
stability. Here, we hypothesize that these unique structural differences endow IM proteases with
different mechanistic and biologic functions important for their regulation of mitochondria. To address
this, we are using a combination of cryo-electron microscopy and cell biology to determine how structural
differences in IM AAA+ proteases influence their mechanochemical cycle and enable proteases to perform
distinct biological functions. This will reveal new insights into the molecular mechanisms by which IM AAA+
proteases regulate mitochondria in health and disease. Furthermore, we are extending this study utilizing both
functional genomic and structural approaches to establish a structure-function relationship that explains the
activation and proteolytic activity of the ATP-independent, stress-activated IM protease OMA1 – a protease
whose dysregulation is implicated in the pathologic mitochondrial dysfunction associated with many human
diseases. Through these efforts, we will define how IM proteases utilize distinct structural features to perform
the myriad of biological functions required for the proper regulation of mitochondrial proteostasis and function.
Furthermore, we will reveal new insights into the pathologic and potentially therapeutic implications of altered
mitochondrial IM protease activity in human disease and identify new opportunities to pharmacologically target
IM proteases to mitigate mitochondrial dysfunction associated with many neurodegenerative disorders.
概括
线粒体功能障碍是几乎所有疾病的发病和发病机制的病理标志。
神经退行性疾病的主要决定因素之一是线粒体的活性。
内膜 (IM) 蛋白酶,包括 ATP 依赖性 AAA+ 锌金属蛋白酶 YME1L 和
AFG3L2 和不依赖于 ATP 的锌金属蛋白酶 OMA1 这些蛋白酶调节许多不同的功能。
线粒体生物学和保护线粒体免受病理损伤的功能的各个方面。
由遗传或环境因素引起的 IM 蛋白酶活性失衡与
尽管如此,包括许多神经退行性疾病在内的病因多样的疾病的发病机制。
IM 蛋白酶调节线粒体生物学的分子机制仍知之甚少。
我们正在应用结构驱动的方法来确定 IM 蛋白酶的分子机制
我们之前解决了第一个高分辨率的问题。
IM AAA+ 蛋白酶 YME1 和 AFG3L2 的结构 我们的结构表明这两种蛋白酶。
采用保守的核苷酸驱动的交接机制将底物易位到特权位置
令人惊讶的是,我们还鉴定了 YME1 和 YME1 的独特结构特征。
AFG3L2 整合到这种保守的易位机制中,显着影响蛋白酶活性
在这里,我们追求这些独特的结构差异赋予 IM 蛋白酶稳定性。
不同的机制和生物学功能对于线粒体的调节很重要。
为此,我们结合使用冷冻电子显微镜和细胞生物学来确定结构如何
IM AAA+ 蛋白酶的差异影响其机械化学循环并使蛋白酶能够发挥作用
这将揭示 IM AAA+ 的分子机制的新见解。
蛋白酶在健康和疾病中调节线粒体此外,我们正在利用两者来扩展这项研究。
功能基因组和结构方法建立结构-功能关系来解释
不依赖 ATP 的应激激活 IM 蛋白酶 OMA1(一种蛋白酶)的激活和蛋白水解活性
其失调与许多人类相关的病理性线粒体功能障碍有关
通过这些努力,我们将定义 IM 蛋白酶如何利用不同的结构特征来发挥作用。
适当调节线粒体蛋白质稳态和功能所需的无数生物功能。
此外,我们将揭示对病理学和潜在治疗意义的新见解
线粒体 IM 蛋白酶在人类疾病中的活性并确定药理靶向的新机会
IM 蛋白酶可减轻与许多神经退行性疾病相关的线粒体功能障碍。
项目成果
期刊论文数量(19)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Structural basis for distinct operational modes and protease activation in AAA+ protease Lon.
AAA 蛋白酶 Lon 中不同操作模式和蛋白酶激活的结构基础。
- DOI:
- 发表时间:2020-05
- 期刊:
- 影响因子:13.6
- 作者:Shin, Mia;Puchades, Cristina;Asmita, Ananya;Puri, Neha;Adjei, Eric;Wiseman, R Luke;Karzai, A Wali;Lander, Gabriel C
- 通讯作者:Lander, Gabriel C
Unique Structural Features of the Mitochondrial AAA+ Protease AFG3L2 Reveal the Molecular Basis for Activity in Health and Disease.
线粒体 AAA 蛋白酶 AFG3L2 的独特结构特征揭示了健康和疾病活性的分子基础。
- DOI:
- 发表时间:2019-09-05
- 期刊:
- 影响因子:16
- 作者:Puchades, Cristina;Ding, Bojian;Song, Albert;Wiseman, R Luke;Lander, Gabriel C;Glynn, Steven E
- 通讯作者:Glynn, Steven E
Structural basis for shape-selective recognition and aminoacylation of a D-armless human mitochondrial tRNA.
D-无臂人线粒体 tRNA 的形状选择性识别和氨酰化的结构基础。
- DOI:
- 发表时间:2022-08-30
- 期刊:
- 影响因子:16.6
- 作者:Kuhle, Bernhard;Hirschi, Marscha;Doerfel, Lili K;Lander, Gabriel C;Schimmel, Paul
- 通讯作者:Schimmel, Paul
PERK signaling promotes mitochondrial elongation by remodeling membrane phosphatidic acid.
PERK 信号通过重塑膜磷脂酸促进线粒体伸长。
- DOI:
- 发表时间:2023-08-01
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:Perea, Valerie;Cole, Christian;Lebeau, Justine;Dolina, Vivian;Baron, Kelsey R;Madhavan, Aparajita;Kelly, Jeffery W;Grotjahn, Danielle A;Wiseman, R Luke
- 通讯作者:Wiseman, R Luke
DELE1 oligomerization promotes integrated stress response activation.
DELE1 寡聚化促进整合应激反应激活。
- DOI:
- 发表时间:2023-09
- 期刊:
- 影响因子:16.8
- 作者:Yang, Jie;Baron, Kelsey R;Pride, Daniel E;Schneemann, Anette;Guo, Xiaoyan;Chen, Wenqian;Song, Albert S;Aviles, Giovanni;Kampmann, Martin;Wiseman, R Luke;Lander, Gabriel C
- 通讯作者:Lander, Gabriel C
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