Structure and function of polyamine transporters
多胺转运蛋白的结构和功能
基本信息
- 批准号:10615890
- 负责人:
- 金额:$ 42.95万
- 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:2022-05-01 至 2027-04-30
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:Abnormal CellAddressAmyotrophic Lateral SclerosisAutoimmune DiseasesAutophagocytosisBindingBinding SitesBiochemicalBiophysicsC-terminalCardiovascular DiseasesCationsCell ProliferationCell membraneCell physiologyCellsChemicalsClinicalComplexCryoelectron MicroscopyCysteineCytosolDiseaseDrug TargetingFamilyFutureGeneticGoalsHealthHereditary Spastic ParaplegiaHomeostasisHumanIon ChannelIon PumpsKnowledgeLipid BilayersLipid BindingLipidsLumen of the LysosomeLysosomesMapsMediatingMembrane Transport ProteinsMetabolismMethodsMolecularMolecular ConformationMutagenesisMutationNeurodegenerative DisordersNeuronal Ceroid-LipofuscinosisNeuronsPARK9 geneParkinson DiseasePathway interactionsPhosphorylationPhysiologyPlayPolyaminesProtein DephosphorylationProton PumpPumpRegulationResearch Project GrantsResolutionRoleRouteSignal TransductionSpermidineSpermineStressStructureSyndromeSystemTestingTherapeuticTranslationsTransmembrane TransportTransport ProcessVacuumVisualizationWorkcancer cellcytotoxicearly onsethuman imagingimprovedinorganic phosphateinsightloss of function mutationnanodiskneuron lossnew therapeutic targetnovel therapeutic interventionoperationparticlepathogenphosphatidylinositol 3,5-diphosphatepolycationpreventproteoliposomesrational designreconstitutiontheoriestherapeutic targetthree dimensional structureuptake
项目摘要
PROJECT SUMMARY
Polyamines are a class of small organic polycations indispensable for many basic molecular and cellular
processes including translation, electrical signaling, cell proliferation, and autophagy. Infectious and
hyperproliferative diseases as well as many autoimmune, cardiovascular and neurodegenerative disorders are
deeply connected to perturbations in polyamine abundance. Polyamine transport plays a major role in cellular
polyamine homeostasis in both healthy and abnormal cells. Understanding the molecular basis of polyamine
uptake and secretion has enormous potential to improve human health. However, despite decades of work, this
subject continues to mystify. A critical barrier to deeper knowledge in polyamine transport is the complete
absence of atomic structures of any polyamine transporter. The goal of this project is to elucidate the fundamental
principles underlying polyamine transport and its regulation using a combination of structural and functional
approaches. ATP13A2 is a lysosomal P-type ATP-driven pump tasked with the import of spermine and
spermidine from the lysosome lumen to the cytosol. Mutations that cripple ATP13A2 function causes a spectrum
of neurodegenerative diseases including Kufor-Rakeb syndrome, early-onset Parkinson’s disease, hereditary
spastic paraplegia, neuronal ceroid lipofuscinosis and amyotrophic lateral sclerosis. ATP13A2 is, thus, a
potential drug target. We have made significant inroads in our preliminary studies to determine high-resolution
three-dimensional structures of human ATP13A2. In combination with functional analysis, these structures
revealed ATP13A2’s luminal gating and polyamine selectivity mechanisms. Building on these preliminary results,
we will leverage complementary electron cryo-microscopy, biophysical, biochemical, analytical chemical and
mutagenesis strategies to further subject ATP13A2 to detailed mechanistic scrutiny. Specifically, we aim to
investigate: 1) how lipids regulate ATP13A2 activity; 2) whether and how ATP13A2 pumps other cations into the
lysosome; and 3) how ATP13A2 shuttles polyamines through the lipid bilayer. By addressing these questions,
this research project will provide new insights into the basic operating and regulatory mechanisms of ATP13A2,
which will broadly advance our understanding of polyamine transport and lysosome physiology. Structural and
mechanistic discoveries from the proposed work may inform future rational design of therapeutics targeting
ATP13A2.
项目概要
多胺是一类小有机聚阳离子,对于许多基本分子和细胞来说是不可缺少的
过程包括翻译、电信号传导、细胞增殖和自噬。
过度增殖性疾病以及许多自身免疫性疾病、心血管疾病和神经退行性疾病
与多胺丰度的扰动密切相关 多胺运输在细胞中发挥着重要作用。
了解健康和异常细胞中多胺稳态的分子基础。
摄取和分泌在改善人类健康方面具有巨大潜力。然而,尽管经过数十年的努力,这一点仍然存在。
深入了解多胺转运的一个关键障碍是完整的。
不存在任何多胺转运蛋白的原子结构。该项目的目标是阐明其基本结构。
基本原理 多胺运输及其使用结构和功能相结合的调节
ATP13A2 是一种溶酶体 P 型 ATP 驱动泵,负责输入精胺和
亚精胺从溶酶体腔到细胞质的突变会削弱 ATP13A2 的功能,从而产生谱图。
神经退行性疾病,包括 Kufor-Rakeb 综合征、早发性帕金森病、遗传性
因此,痉挛性截瘫、神经元蜡质脂褐质沉着症和肌萎缩侧索硬化症是一种疾病。
我们在确定高分辨率的初步研究中取得了重大进展。
结合功能分析,获得了人 ATP13A2 的三维结构。
基于这些初步结果,揭示了 ATP13A2 的管腔门控和多胺选择性机制。
我们将利用互补电子冷冻显微镜、生物物理、生物化学、分析化学和
具体来说,我们的目标是进一步对 ATP13A2 进行详细的机制审查。
研究:1) 脂质如何调节 ATP13A2 活性;2) ATP13A2 是否以及如何将其他阳离子泵入
溶酶体;以及 3) ATP13A2 如何通过脂质双层运输多胺。
该研究项目将为 ATP13A2 的基本运行和调节机制提供新的见解,
这将广泛增进我们对多胺转运和溶酶体生理学的理解。
拟议工作的机制发现可能会为未来治疗靶向的合理设计提供信息
ATP13A2。
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)
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