Fluorescent biosensors for subcellular pharmacokinetics

用于亚细胞药代动力学的荧光生物传感器

基本信息

  • 批准号:
    10004118
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 72.16万
  • 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:
    2016-09-16 至 2023-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Drug development for the central nervous system (CNS), especially for psychiatry, has slowed, partially because we do not know the mechanisms by which some drugs exert their therapeutic or harmful effects. The project provides data to test the hypothesis that several CNS drugs act, in addition to their acute effects, in a slower, “inside-out” fashion. The drugs would start by binding to their classical molecular targets, but in organelles. By measuring neural drugs, and their target interactions, within organelles of living cells, this project helps to test inside-out pharmacology. The experiments invent, then exploit, genetically encoded fluorescent biosensors to measure drugs in organelles. The biosensors are bacterial and archaeal periplasmic binding proteins (PBPs), fused to circularly permuted green fluorescent protein (cp-GFP). Sub-Approach A is a solution-based screen of drugs x existing biosensors. The library of 92 compounds includes many orally available drugs approved for various indications, but emphasizing psychiatry. The collection of 60 purified biosensor proteins comprises five existing families, which now sense glutamate, dopamine, GABA, and serotonergic drugs. Sub-Approach B utilizes “directed evolution” to improve the “hits”, toward the goal of detecting the drugs at pharmacologically appropriate sub-micromolar concentrations. The major tools—site- saturation mutagenesis, atomic-scale structure, computational docking, and high-through fluorescence screening--are expected to converge on appropriate biosensors. Sub-Approach C expresses the refined biosensors in ER and performs live-cell, time-resolved imaging while the drugs are applied extracellularly. We begin with the simple questions, “does the drug enter the ER, and how quickly?” We then analyze signals within organelles that also express the classical targets for the drugs. We expect a rich set of data on “kinetic buffering” of diffusion by binding to the targets within ER, thus revealing drug-receptor interaction within organelles of live cells. The sub-approach then graduates to mouse preparations, using viral vectors, brain slices, and two-photon imaging in intact animals will be employed. Sub-Approaches D and E complement each other. D extends subcellular pharmacokinetics to acidic organelles, including secretory granules and neurotransmitter vesicles already suspected of accumulating drugs via “acid trapping”. We'll retain the PBP portions of the biosensors, but employ additional cp-fluorescent proteins, known to function at low pH, and also modify linkers. The result will become a collection of fluorescent biosensor platforms, each specialized to perform best within, and targeted to, a class of organelles. Sub-approach E extends the drug biosensor strategy to new classes of PBPs, and to new classes of drugs. We will retain the cp-fluorescent protein part of the biosensors, but optimize the new PBPs and linkers. The transformative overall results will produce at least ten, and as many as 100, biosensors to detect drugs within organelles, and a clear roadmap for subcellular pharmacokinetics as a robust research tool. Data could suggest transformative therapeutic strategies for psychiatry, addiction, and neurodegeneration.
中枢神经系统(CNS)的药物开发,尤其是精神病学药物的开发已经部分放缓 因为我们不知道某些药物发挥治疗或有害作用的机制。 项目提供数据来检验以下假设:几种中枢神经系统药物除了其急性作用外,还具有以下作用: 这些药物将以较慢的、“由内而外”的方式与它们的经典分子靶点结合。 细胞器。 通过神经测量药物及其在活细胞细胞器内的目标相互作用,该项目 有助于测试由内而外的药理学,这些实验发明并利用了基因编码的荧光。 测量细胞器中药物的生物传感器生物传感器是细菌和古细菌周质结合。 与循环排列的绿色荧光蛋白 (cp-GFP) 融合的蛋白质 (PBP) 是一种子方法 A。 基于溶液的药物筛选 x 现有生物传感器 92 种化合物库包括许多口服药物。 可供批准用于各种适应症的药物,但强调精神科 60 种纯化的集合。 生物传感器蛋白由五个现有家族组成,目前可感知谷氨酸、多巴胺、GABA 和 子方法 B 利用“定向进化”来提高“命中率”,以实现以下目标: 检测药理学上合适的亚微摩尔浓度的药物主要工具——位点—— 饱和诱变、原子尺度结构、计算对接和高通量荧光 筛选——预计会集中在适当的生物传感器上,子方法 C 表达了改进后的结果。 我们在 ER 中使用生物传感器,并在药物应用于细胞外时进行活细胞、时间分辨成像。 从简单的问题开始,“药物是否进入急诊室?然后我们分析信号” 在也表达药物经典靶标的细胞器内,我们期望获得丰富的“动力学数据”。 通过与内质网内的靶标结合来缓冲“扩散”,从而揭示内质网内的药物-受体相互作用 然后,该子方法扩展到使用病毒载体、大脑的小鼠制剂。 将采用子方法 D 和 E 对完整动物进行切片和双光子成像。 其他 D 将亚细胞药代动力学扩展到酸性细胞器,包括分泌颗粒和 已经怀疑通过“酸捕获”积累药物的神经递质囊泡我们将保留 PBP。 生物传感器的一部分,但采用了额外的 CP 荧光蛋白,已知在低 pH 下起作用,并且还 修改连接器的结果将成为荧光生物传感器平台的集合,每个平台专门用于 在一类细胞器中表现最佳并针对该类细胞器 子方法 E 扩展了药物生物传感器。 我们将保留 CP 荧光蛋白部分。 生物传感器,但优化新的 PBP 和连接器。 变革性的总体结果将产生至少 10 个、最多 100 个生物传感器来检测 细胞器和药物内的数据为亚细胞药代动力学作为强大的研究工具提供了清晰的路线图。 可以为精神病学、成瘾和神经退行性疾病提出变革性的治疗策略。

项目成果

期刊论文数量(3)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Interactive computational and experimental approaches improve the sensitivity of periplasmic binding protein-based nicotine biosensors for measurements in biofluids.
交互式计算和实验方法提高了基于周质结合蛋白的尼古丁生物传感器在生物流体中测量的灵敏度。
  • DOI:
    10.1093/protein/gzae003
  • 发表时间:
    2024
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Haloi,Nandan;Huang,Shan;Nichols,AaronL;Fine,EveJ;Friesenhahn,NicholasJ;Marotta,ChristopherB;Dougherty,DennisA;Lindahl,Erik;Howard,RebeccaJ;Mayo,StephenL;Lester,HenryA
  • 通讯作者:
    Lester,HenryA
Regulation of epithelial sodium channel activity by SARS-CoV-1 and SARS-CoV-2 proteins.
  • DOI:
    10.1016/j.bpj.2021.06.005
  • 发表时间:
    2021-07-20
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Grant SN;Lester HA
  • 通讯作者:
    Lester HA
Proteins for increased surface expression of the α6β4 nicotinic acetylcholine receptor: nothing but good news?
  • DOI:
    10.1172/jci143197
  • 发表时间:
    2020-11-02
  • 期刊:
  • 影响因子:
    15.9
  • 作者:
    Grant, Stephen;Lester, Henry A.
  • 通讯作者:
    Lester, Henry A.
{{ 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 }}

Henry A. Lester其他文献

Gi Irks GIRKs
GIRK GIRK GIRK
  • DOI:
  • 发表时间:
    2002
  • 期刊:
  • 影响因子:
    16.2
  • 作者:
    Abraham Kovoor;Henry A. Lester
  • 通讯作者:
    Henry A. Lester
Mice expressing the ADNFLE valine 287 leucine mutation of the Β2 nicotinic acetylcholine receptor subunit display increased sensitivity to acute nicotine administration and altered presynaptic nicotinic receptor function
表达 Β2 烟碱乙酰胆碱受体亚基 ADNFLE 缬氨酸 287 亮氨酸突变的小鼠对急性尼古丁给药的敏感性增加,并改变突触前烟碱受体功能
  • DOI:
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Heidi C. O'Neill;Duncan C. Laverty;Natalie E. Patzlaff;Bruce N. Cohen;C. Fonck;Sheri Mckinney;J. M. McIntosh;Jon M. Lindstrom;Henry A. Lester;S. Grady;Michael J. Marks
  • 通讯作者:
    Michael J. Marks
Measurement of transient currents from neurotransmitter transporters expressed in Xenopus oocytes.
测量非洲爪蟾卵母细胞中表达的神经递质转运蛋白的瞬时电流。
  • DOI:
  • 发表时间:
    1998
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    S. Mager;Yongwei Cao;Henry A. Lester
  • 通讯作者:
    Henry A. Lester
Receptors that couple to 2 classes of G proteins increase cAMP and activate CFTR expressed in Xenopus oocytes.
与 2 类 G 蛋白偶联的受体会增加 cAMP 并激活非洲爪蟾卵母细胞中表达的 CFTR。
  • DOI:
  • 发表时间:
    1993
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Y. Uezono;Jonathan Bradley;Churl Min;N. McCarty;Michael W. Quick;J. Riordan;C. Chavkin;K. Zinn;Henry A. Lester;Norman Davidson
  • 通讯作者:
    Norman Davidson
A multi-substrate single-file model for ion-coupled transporters.
离子耦合转运蛋白的多基质单文件模型。
  • DOI:
  • 发表时间:
    1996
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Alyce Su;S. Mager;Stephen L. Mayo;Henry A. Lester
  • 通讯作者:
    Henry A. Lester

Henry A. Lester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('Henry A. Lester', 18)}}的其他基金

Opioids inside Organelles
细胞器内的阿片类药物
  • 批准号:
    9982844
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 72.16万
  • 项目类别:
Ketamine-Class Antidepressants in Vesicles
囊泡中的氯胺酮类抗抑郁药
  • 批准号:
    9809829
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 72.16万
  • 项目类别:
Opioids inside Organelles
细胞器内的阿片类药物
  • 批准号:
    9810082
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 72.16万
  • 项目类别:
Fluorescent biosensors for subcellular pharmacokinetics
用于亚细胞药代动力学的荧光生物传感器
  • 批准号:
    9353864
  • 财政年份:
    2016
  • 资助金额:
    $ 72.16万
  • 项目类别:
Fluorescent biosensors for subcellular pharmacokinetics
用于亚细胞药代动力学的荧光生物传感器
  • 批准号:
    9163507
  • 财政年份:
    2016
  • 资助金额:
    $ 72.16万
  • 项目类别:
Fluorescent biosensors for subcellular pharmacokinetics
用于亚细胞药代动力学的荧光生物传感器
  • 批准号:
    9764387
  • 财政年份:
    2016
  • 资助金额:
    $ 72.16万
  • 项目类别:
Beta2 nicotine receptor subunits: biomarkers for dependence
Beta2 尼古丁受体亚基:依赖的生物标志物
  • 批准号:
    8913108
  • 财政年份:
    2014
  • 资助金额:
    $ 72.16万
  • 项目类别:
Beta2 nicotine receptor subunits: biomarkers for dependence
Beta2 尼古丁受体亚基:依赖的生物标志物
  • 批准号:
    9328036
  • 财政年份:
    2014
  • 资助金额:
    $ 72.16万
  • 项目类别:
Beta2 nicotine receptor subunits: biomarkers for dependence
Beta2 尼古丁受体亚基:依赖的生物标志物
  • 批准号:
    9316151
  • 财政年份:
    2014
  • 资助金额:
    $ 72.16万
  • 项目类别:
Tools for inside-out pharmacology: nicotinic agents
由内而外的药理学工具:烟碱类药物
  • 批准号:
    8640727
  • 财政年份:
    2013
  • 资助金额:
    $ 72.16万
  • 项目类别:

相似国自然基金

SGO2/MAD2互作调控肝祖细胞的细胞周期再进入影响急性肝衰竭肝再生的机制研究
  • 批准号:
    82300697
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
Tenascin-X对急性肾损伤血管内皮细胞的保护作用及机制研究
  • 批准号:
    82300764
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
ACSS2介导的乙酰辅酶a合成在巨噬细胞组蛋白乙酰化及急性肺损伤发病中的作用机制研究
  • 批准号:
    82370084
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    48 万元
  • 项目类别:
    面上项目
KIF5B调控隧道纳米管介导的线粒体转运对FLT3-ITD阳性急性髓系白血病的作用机制
  • 批准号:
    82370175
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    49 万元
  • 项目类别:
    面上项目
PHF6突变通过相分离调控YTHDC2-m6A-SREBP2信号轴促进急性T淋巴细胞白血病发生发展的机制研究
  • 批准号:
    82370165
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    49 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似海外基金

Climate Change Effects on Pregnancy via a Traditional Food
气候变化通过传统食物对怀孕的影响
  • 批准号:
    10822202
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 72.16万
  • 项目类别:
Cholesterol-lowering drugs for treatment of pancreatitis: validation of a clinically significant novel therapeutic target and approach
用于治疗胰腺炎的降胆固醇药物:验证具有临床意义的新型治疗靶点和方法
  • 批准号:
    10585773
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 72.16万
  • 项目类别:
The lipid hydrolase NAAA as a target for non-addictive analgesic medications
脂质水解酶 NAAA 作为非成瘾性镇痛药物的靶标
  • 批准号:
    10584428
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 72.16万
  • 项目类别:
Liver Targeting Dihydroquinolizinone (DHQ) Molecules as Hepatitis B Virus Antivirals with Reduced Toxicity
肝脏靶向二氢喹嗪酮 (DHQ) 分子作为乙型肝炎病毒抗病毒药物,毒性降低
  • 批准号:
    10593566
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 72.16万
  • 项目类别:
An Inhaled Microbiome-Targeted Biotherapeutic for Treatment of COPD
一种吸入性微生物组靶向生物治疗药物,用于治疗慢性阻塞性肺病
  • 批准号:
    10600887
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 72.16万
  • 项目类别:
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了