Mechanotransduction via LIM Domain Protein Mechanosensing
通过 LIM 结构域蛋白机械传感进行机械转导
基本信息
- 批准号:10735689
- 负责人:
- 金额:$ 30.68万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2023
- 资助国家:美国
- 起止时间:2023-09-01 至 2028-07-31
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:AblationActinsAdhesionsAffectArchitectureBindingBinding ProteinsBinding SitesBiochemicalBreathingCancerousCellsCellular StructuresCellular biologyChimera organismCytoskeletonDataDevelopmentDiseaseEnvironmentExtracellular MatrixFamilyFamily memberFocal AdhesionsImpairmentIndividualIntegrinsKineticsKnowledgeLIM DomainLIM Domain ProteinLasersLocationMachine LearningMeasuresMechanicsMediatingMicrofilamentsMolecular ConformationMotorPTK2 genePhenylalaninePhosphorylationPhysiological ProcessesPhysiologyPlayPolymersProcessProteinsResearchRoleSignal PathwaySignal TransductionSignaling ProteinSiteSmooth Muscle MyocytesStressStress FibersStretchingStructureTalinTestingTissuesTractionVinculinWorkZYX geneadhesion receptorbiophysical techniquescell behaviorexperimental studyextracellularinsightmechanical forcemechanical signalmechanotransductionmigrationnew therapeutic targetnoveloptogeneticspaxillinpolymerizationpressureprotein purificationrecruitrepairedrespiratory smooth muscleresponsetransmission process
项目摘要
Project Summary
Mechanical interactions play a fundamental role in physiology, allowing cells to move, generate forces, and
assemble into multicellular structures. Key to these processes is the ability of cells to turn mechanical signals
into biochemical signals, an activity known as mechanotransduction. The search for mechanosensitive proteins
that could facilitate mechanotransduction has primarily focused on proteins that undergo conformational
changes in response to force or proteins that display changes in the bond kinetics under load. There exists
another class of proteins, however, that recognize structures under strain.
The canonical example of this class of proteins is the LIM domain protein zyxin, which recognizes strained
actin stress fibers and recruits actin polymerization factors to repair them. Recent work has highlighted that the
strain sensing mechanism of the LIM domains is not unique to zyxin and that numerous other members of the
family of LIM domain proteins display a similar ability. This suggests LIM domain proteins could act as
mechanotransducers, recognizing strain via their LIM domains and converting it to other biochemical signals
via interactions with the other domains in the protein. To explore this hypothesis further it is crucial that we
understand how LIM domains recognize strained actin filaments, and how those interactions propagate signals
downstream of the strain sites.
Here we propose to establish rigorous experimental strategies to decipher the mechanisms underlying LIM
domain protein mechanotransduction. We employ a combination of biophysical techniques including laser
ablations, optogenetics and cell stretching to quantitatively and repeatedly induce strain sites in the actin
cytoskeleton. In Aim 1 we will test alternative mechanisms of LIM domain strain sensing by comparing proteins
from the testin family of LIM domain proteins which require only a single LIM domain to recognize strain sites,
compared to the three tandem LIM domains that zyxin requires. In Aim 2 we will test whether in addition to
stretched actin filaments in stress fibers, LIM domain proteins can recognize other strained actin structures,
such as compressed stress fibers or actin meshworks. Finally, in Aim 3 we will investigate how binding of LIM
domain proteins to strain sites leads to a propagation of that mechanical signal to other parts of the stress fiber
and the extracellular matrix. Together these studies will greatly expand our knowledge of mechanotransduction
and provide insight into this fundamental signaling mechanism.
项目概要
机械相互作用在生理学中发挥着基础作用,允许细胞移动、产生力和
组装成多细胞结构。这些过程的关键是细胞转换机械信号的能力
转化为生化信号,这种活动称为机械转导。寻找机械敏感蛋白
可以促进机械转导的研究主要集中在经历构象的蛋白质
对力或蛋白质的响应发生变化,在负载下显示出键动力学的变化。存在
然而,另一类蛋白质可以识别应变下的结构。
这类蛋白质的典型例子是 LIM 结构域蛋白 zyxin,它识别应变
肌动蛋白应激纤维并招募肌动蛋白聚合因子来修复它们。最近的工作强调了
LIM 结构域的应变传感机制并非 zyxin 所独有,而且 LIM 结构域的许多其他成员
LIM 结构域蛋白家族也表现出类似的能力。这表明 LIM 结构域蛋白可以充当
机械传感器,通过其 LIM 结构域识别应变并将其转换为其他生化信号
通过与蛋白质中其他结构域的相互作用。为了进一步探索这个假设,至关重要的是我们
了解 LIM 结构域如何识别应变肌动蛋白丝,以及这些相互作用如何传播信号
应变位点的下游。
在这里,我们建议建立严格的实验策略来破译 LIM 的机制
结构域蛋白机械转导。我们采用包括激光在内的生物物理技术组合
消融、光遗传学和细胞拉伸以定量且重复地诱导肌动蛋白中的应变位点
细胞骨架。在目标 1 中,我们将通过比较蛋白质来测试 LIM 域应变传感的替代机制
来自 LIM 结构域蛋白的 testin 家族,仅需要一个 LIM 结构域即可识别菌株位点,
与 zyxin 所需的三个串联 LIM 结构域相比。在目标 2 中,我们将测试是否除了
应力纤维中拉伸的肌动蛋白丝,LIM 结构域蛋白可以识别其他应变的肌动蛋白结构,
例如压缩应力纤维或肌动蛋白网状结构。最后,在目标 3 中,我们将研究 LIM 的结合如何
应变位点的结构域蛋白导致机械信号传播到应力纤维的其他部分
和细胞外基质。这些研究将极大地扩展我们对力转导的了解
并提供对这一基本信号机制的深入了解。
项目成果
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