Functional dynamics of glutamate transporters probed by high-speed atomic force microscopy with micro- to millisecond time resolution

通过微秒至毫秒时间分辨率的高速原子力显微镜探测谷氨酸转运蛋白的功能动力学

基本信息

  • 批准号:
    10240704
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 35.12万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2019-09-30 至 2024-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Glutamate or excitatory amino acid transporters (EAATs) are members of the Solute Carrier 1 family of transmembrane proteins. EAATs are key in the function of neuronal synapses responsible for the removal of excitatory neurotransmitters from the synaptic cleft after each neurotransmission. Malfunction of EAATs is involved in cerebral stroke, epilepsy, Alzheimer's disease, dementia, Huntington's disease, amyotrophic lateral sclerosis (ALS) and malignant glioma. Thus, a profound understanding of the molecular determinants of EAAT function is crucial to understand these diseases. In the last decade, the structure and function of a prokaryotic glutamate transporter homolog, the sodium/aspartate symporter from archaebacterium Pyrococcus horikoshii, GltPh, has been extensively studied and made a perfect model system for EAAT studies. More recently a first structure of the human EAAT1 has been solved, but little is known about its transport dynamics and kinetics. In this project we will study both GltPh and hEAAT1 proteins, with the aim to characterize the so far elusive transport sub-states and kinetics in the ms and µs range. While the transport kinetics of the prokaryotic GltPh are slow (seconds to tens of milliseconds), EAATs are expected to work at faster rates (~100 to ~1000 transport cycles per second). Here, we will reconstitute GltPh and hEAAT1 in lipid membranes and employ high-speed atomic force microscopy (HS-AFM) to directly image transport cycles of individual unlabeled glutamate transporters with the aim to resolve transport-related conformational sub-states and fast kinetics. To achieve this goal, in addition to HS-AFM (HS-AFM) imaging, we develop and employ HS-AFM line scanning (HS-AFM-LS) and HS-AFM height spectroscopy (HS-AFM-HS). In these two novel sub-modes, we reach millisecond and microsecond time resolution, respectively. This makes our approach unique in three ways: i) We analyze the dynamics of membrane transporters in membrane. ii) We analyze unlabeled single transporter molecules. iii) We reach so far inaccessible temporal resolution. These novel approaches allow to unveil the occluded state in GltPh (only the outward and inward facing states in the transport cycle were assigned to date), its lifetime, the frequency with which it is being visited, and if it is visited on passage of a complete cycle or if returns from the occluded state occur regularly. In addition, given the fast transport rates of the eukaryotic homologues, we will pioneer single molecule dynamics measurements on human EAAT1 and provide first insights into their transport state probabilities and kinetics. The overall goal of the project is to establish a new experimental tool to study millisecond and microsecond dynamics in transporters and to apply this tool towards uncovering intermediates states in the transport cycles and measure currently inaccessible fast transport kinetics on the single molecule level.
谷氨酸或兴奋性氨基酸转运蛋白 (EAAT) 是溶质载体 1 家族的成员 跨膜蛋白是负责去除神经突触功能的关键。 每次神经传递失败后,突触间隙会产生兴奋性神经递质。 涉及脑中风、癫痫、阿尔茨海默病、痴呆、亨廷顿病、肌萎缩侧索硬化症(ALS)和恶性神经胶质瘤,因此,对 EAAT 的分子决定因素有深刻的了解。 在过去的十年中,原核生物的结构和功能对于了解这些疾病至关重要。 谷氨酸转运蛋白同源物,来自古细菌火球菌 horikoshii 的钠/天冬氨酸同向转运蛋白, GltPh 已被广泛研究并为 EAAT 研究创建了一个完美的模型系统。 人类 EAAT1 的结构已被解析,但对其运输动力学和动力学知之甚少。 在这个项目中,我们将研究 GltPh 和 hEAAT1 蛋白,目的是表征迄今为止难以捉摸的蛋白 ms 和 µs 范围内的运输亚状态和动力学,而原核 GltPh 的运输动力学。 很慢(几秒到几十毫秒),EAAT 预计会以更快的速度工作(~100 到~1000 每秒传输周期)。在这里,我们将在脂质膜中重建 GltPh 和 hEAAT1 并使用 高速原子力显微镜(HS-AFM)可直接对单个未标记的传输周期进行成像 谷氨酸转运蛋白,旨在解决与转运相关的构象亚状态和快速动力学问题。 为了实现这一目标,除了HS-AFM(HS-AFM)成像之外,我们还开发并采用了HS-AFM线扫描 (HS-AFM-LS) 和 HS-AFM 高度谱 (HS-AFM-HS) 在这两个新颖的子模式中,我们达到了。 分别是毫秒和微秒的时间分辨率,这使得我们的方法在三个方面独一无二: i) 我们分析膜中膜转运蛋白的动力学 ii) 我们分析未标记的单个蛋白。 iii)我们达到了迄今为​​止无法达到的时间分辨率。 揭示 GltPh 中的封闭状态(仅传输周期中的向外和向内状态) 分配给日期),它的生命周期,它被访问的频率,以及它是否在通过时被访问 完整的循环或如果定期从闭塞状态返回,此外,考虑到快速传输速率。 真核同源物,我们将率先对人类 EAAT1 进行单分子动力学测量 并提供对其运输状态概率和动力学的初步见解 该项目的总体目标是 建立一种新的实验工具来研究转运蛋白中的毫秒和微秒动力学 应用此工具来揭示运输周期中的中间状态并测量当前 单分子水平上难以实现的快速传输动力学。

项目成果

期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ 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 }}

Simon Scheuring其他文献

Simon Scheuring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('Simon Scheuring', 18)}}的其他基金

Functional dynamics of glutamate transporters probed by high-speed atomic force microscopy with micro- to millisecond time resolution
通过微秒至毫秒时间分辨率的高速原子力显微镜探测谷氨酸转运蛋白的功能动力学
  • 批准号:
    10471928
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 35.12万
  • 项目类别:
Enabling physical stimuli in the study of structural dynamics: The sensory ion channels
在结构动力学研究中启用物理刺激:感觉离子通道
  • 批准号:
    10442739
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 35.12万
  • 项目类别:
Enabling physical stimuli in the study of structural dynamics: The sensory ion channels
在结构动力学研究中启用物理刺激:感觉离子通道
  • 批准号:
    10681320
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 35.12万
  • 项目类别:
Functional dynamics of glutamate transporters probed by high-speed atomic force microscopy with micro- to millisecond time resolution
通过微秒至毫秒时间分辨率的高速原子力显微镜探测谷氨酸转运蛋白的功能动力学
  • 批准号:
    10667555
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 35.12万
  • 项目类别:
Functional dynamics of glutamate transporters probed by high-speed atomic force microscopy with micro- to millisecond time resolution
通过微秒至毫秒时间分辨率的高速原子力显微镜探测谷氨酸转运蛋白的功能动力学
  • 批准号:
    10023957
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 35.12万
  • 项目类别:
Enabling physical stimuli in the study of structural dynamics: The sensory ion channels
在结构动力学研究中启用物理刺激:感觉离子通道
  • 批准号:
    10221608
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 35.12万
  • 项目类别:

相似国自然基金

面向脑疾病高效可信诊断的多模态时空数据挖掘
  • 批准号:
    62376065
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    50 万元
  • 项目类别:
    面上项目
四君子汤通过调节胃粘膜逆生细胞命运影响胃癌前疾病与胃癌发生的作用与机制研究
  • 批准号:
    82373110
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    49 万元
  • 项目类别:
    面上项目
面向肺部疾病识别的噪声标签学习方法研究
  • 批准号:
    62302032
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
基于老年慢性乙肝患者共病模式构建疾病负担动态变化预测模型
  • 批准号:
    82304246
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
面向胃肠道疾病准确筛查的内窥镜视频质量评价方法研究
  • 批准号:
    62371305
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    50 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似海外基金

Stabilizing the tripartite synaptic complex following TBI
TBI 后稳定三方突触复合体
  • 批准号:
    10844877
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 35.12万
  • 项目类别:
Voltage Imaging of Astrocyte-Neuron Interactions
星形胶质细胞-神经元相互作用的电压成像
  • 批准号:
    10711423
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 35.12万
  • 项目类别:
Investigating the Lysosome and Plasma Membrane Systems in Protecting Cells Against Age-induced Amino Acid Toxicity
研究溶酶体和质膜系统保护细胞免受年龄诱导的氨基酸毒性的作用
  • 批准号:
    10680314
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 35.12万
  • 项目类别:
Atypical astrocytes in the aging cortex
老化皮质中的非典型星形胶质细胞
  • 批准号:
    10711455
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 35.12万
  • 项目类别:
First-in-Human evaluation of an astrocytic glutamate transporter (EAAT2) PET tracer in healthy and Alzheimer's diseased brain
对健康和阿尔茨海默病大脑中星形细胞谷氨酸转运蛋白 (EAAT2) PET 示踪剂的首次人体评估
  • 批准号:
    10683344
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 35.12万
  • 项目类别:
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了