Phosphorylation as a site-specific regulatory mechanism of the liquid-liquid phase separation of TDP-43 low complexity domain.

磷酸化作为 TDP-43 低复杂性结构域液-液相分离的位点特异性调节机制。

基本信息

  • 批准号:
    10620157
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 5.27万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2021-05-01 至 2024-04-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Project Summary The TAR DNA-binding protein of 43 kDa (TDP-43) is a nucleic-acid binding protein whose fragments have been detected in pathological amyloid inclusions in the brains of patients with age-related neurodegenerative disorders, including Alzheimer’s disease, amyotrophic lateral sclerosis, and frontotemporal lobar degeneration. These fragments contain a region of TDP-43 called the low complexity domain (LCD), which has low amino acid diversity and a propensity to form amyloid aggregates. The LCD also drives TDP-43 liquid-liquid phase separation (LLPS), a phenomenon in which the protein self-associates into a reversible, dynamic, droplet-like phase. LLPS is a physiologic process that mediates several functions of TDP-43, including its involvement in the cellular stress response, but prolonged LLPS has been shown to promote pathological aggregation, underscoring the need to understand how this process is regulated in vivo. Phosphorylation of TDP-43 LCD has been well-documented in Alzheimer’s disease and other age-related neurodegenerative disorders. Though the role of this modification remains largely unexplored for TDP-43, it does influence LLPS in similar RNA-binding proteins such as FUS. To determine if LCD phosphorylation can regulate TDP-43 LLPS, phosphomimetic variants of the LCD with Ser->Asp substitutions at known phosphorylation sites were prepared. Phase separation of variants was studied using light-scattering and microscopy, and it was found the phosphomimetic substitutions dramatically modulated LLPS in a site-specific manner. LCD variants with phosphomimetic substitutions in the α-helical region, a part of the protein involved in protein-protein contacts, displayed reduced LLPS-propensity; conversely, LCD variants with phosphomimetic substitutions in the C- terminal region (CTR), which is known to be phosphorylated in disease, displayed enhanced LLPS-propensity. To elucidate the mechanisms behind this site-specific modulation of LLPS, we propose a three-pronged approach using nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy, electron paramagnetic resonance (EPR) spectroscopy and fluorescence resonance energy transfer (FRET). NMR will be employed to determine local secondary structure of the phosphomimetic α-helical variant. As the α-helical region is known to be altered by oligomerization, EPR will be used concurrently to see if the α-helical phosphomimetic substitution changes the oligomerization behavior of this variant. Preliminary data suggest the CTR variants have higher LLPS- propensities because of an intermolecular electrostatic interaction created by the phosphomimetic substitution at the CTR. Our second aim will thus use FRET to verify the presence of this hypothesized intermolecular interaction and probe which residues contribute to it. Furthermore, fluorescence recovery after photobleaching (FRAP) will be employed to determine how these phosphomimetic substitutions alter the material properties of TDP-43 LCD droplets. These approaches will provide mechanistic insights into how phosphorylation may site- specifically direct TDP-43 LLPS and contribute to neurodegenerative pathologies like Alzheimer’s disease.
项目概要 43 kDa 的 TAR DNA 结合蛋白 (TDP-43) 是一种核酸结合蛋白,其片段具有 在与年龄相关的神经退行性疾病患者的大脑中检测到病理性淀粉样蛋白内含物 疾病,包括阿尔茨海默病、肌萎缩侧索硬化症和额颞叶变性。 这些片段包含 TDP-43 的一个区域,称为低复杂性结构域 (LCD),其氨基酸含量较低 LCD 还驱动 TDP-43 液-液相。 分离(LLPS),一种蛋白质自结合成可逆、动态、液滴状的现象 LLPS 是介导 TDP-43 多种功能的生理过程,包括参与 TDP-43 的功能。 细胞应激反应,但延长的 LLPS 已被证明会促进病理聚集, 强调需要了解这个过程在体内是如何调节的。 TDP-43 LCD 的磷酸化已在阿尔茨海默病和其他与年龄相关的疾病中得到充分记录 尽管这种修饰对于 TDP-43 的作用在很大程度上尚未被探索,但它确实如此。 影响 FUS 等类似 RNA 结合蛋白中的 LLPS 以确定 LCD 磷酸化是否可以调节。 TDP-43 LLPS,LCD 的磷酸模拟变体,在已知磷酸化位点具有 Ser->Asp 取代 使用光散射和显微镜研究了变体的相分离,并发现了这一点。 磷模拟取代以位点特异性方式显着调节 LLPS 的 LCD 变体。 α-螺旋区域中的磷模拟取代,α-螺旋区域是参与蛋白质-蛋白质接触的蛋白质的一部分, 相反,在 C- 中具有磷模拟取代的 LCD 变体表现出降低的 LLPS 倾向; 已知在疾病中被磷酸化的末端区域(CTR)表现出增强的 LLPS 倾向。 为了阐明 LLPS 的位点特异性调节背后的机制,我们提出了三管齐下的方法 使用核磁共振 (NMR) 光谱、电子顺磁共振 (EPR) 的方法 光谱学和荧光共振能量转移(FRET)将用于确定局部。 磷模拟α-螺旋变体的二级结构已知为α-螺旋区域。 寡聚化,同时使用 EPR 来观察 α-螺旋拟磷取代是否改变了 该变体的寡聚行为表明 CTR 变体具有更高的 LLPS-。 由于拟磷取代产生的分子间静电相互作用而产生的倾向 因此,我们的第二个目标是使用 FRET 来验证这种轻敲分子间的存在。 相互作用和探针对其有贡献此外,光漂白后的荧光恢复。 (FRAP)将用于确定这些磷模拟取代如何改变材料特性 TDP-43 LCD 液滴将提供有关磷酸化如何定位的机制见解。 专门指导 TDP-43 LLPS 并导致阿尔茨海默病等神经退行性疾病。

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)
Phosphomimetic substitutions in TDP-43's transiently α-helical region suppress phase separation.
TDP-43 的瞬时α 螺旋区域中的拟磷取代可抑制相分离。
  • DOI:
    10.1016/j.bpj.2024.01.001
  • 发表时间:
    2024
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Haider,Raza;Penumutchu,Srinivasa;Boyko,Solomiia;Surewicz,WitoldK
  • 通讯作者:
    Surewicz,WitoldK
{{ 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 }}

Raza Haider其他文献

Raza Haider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('Raza Haider', 18)}}的其他基金

Phosphorylation as a site-specific regulatory mechanism of the liquid-liquid phase separation of TDP-43 low complexity domain.
磷酸化作为 TDP-43 低复杂性结构域液-液相分离的位点特异性调节机制。
  • 批准号:
    10401259
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 5.27万
  • 项目类别:
Phosphorylation as a site-specific regulatory mechanism of the liquid-liquid phase separation of TDP-43 low complexity domain.
磷酸化作为 TDP-43 低复杂性结构域液-液相分离的位点特异性调节机制。
  • 批准号:
    10156401
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 5.27万
  • 项目类别:

相似国自然基金

ALA光动力上调炎症性成纤维细胞ZFP36抑制GADD45B/MAPK通路介导光老化皮肤组织微环境重塑的作用及机制研究
  • 批准号:
    82303993
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
YAP1-TEAD通过转录调控同源重组修复介导皮肤光老化的作用机制
  • 批准号:
    82371567
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    49 万元
  • 项目类别:
    面上项目
微纳核壳结构填充体系构建及其对聚乳酸阻燃、抗老化、降解和循环的作用机制
  • 批准号:
    52373051
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    50 万元
  • 项目类别:
    面上项目
下丘脑乳头上核-海马齿状回神经环路在运动延缓认知老化中的作用及机制研究
  • 批准号:
    82302868
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
单细胞多组学解析脐带间充质干细胞优势功能亚群重塑巨噬细胞极化治疗皮肤光老化的作用与机制
  • 批准号:
    82302829
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似海外基金

Neural Selectivity, Retrieval-Related Reinstatement, and Age-Related MemoryDecline
神经选择性、检索相关恢复和年龄相关记忆衰退
  • 批准号:
    10711196
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 5.27万
  • 项目类别:
Noninvasive Neurostimulation to Reduce Pathology in a Female Mouse Model of Alzheimer's Disease
无创神经刺激可减少阿尔茨海默病雌性小鼠模型的病理学变化
  • 批准号:
    10640335
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 5.27万
  • 项目类别:
Glymphatic impairment as a crucial factor in particulate matter exposure related development of Alzheimer's disease pathology
类淋巴系统损伤是与颗粒物暴露相关的阿尔茨海默病病理学发展的关键因素
  • 批准号:
    10718104
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 5.27万
  • 项目类别:
Cytosolic SINE retrotransposable element cDNA and mitochondrial DNA in aging retina
衰老视网膜中的胞质 SINE 逆转录转座元件 cDNA 和线粒体 DNA
  • 批准号:
    10722062
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 5.27万
  • 项目类别:
Vulnerability Profiles of Comorbid Alzheimer and TDP-43 Proteinopathies in Amnestic Dementia
遗忘性痴呆中共病阿尔茨海默病和 TDP-43 蛋白病的脆弱性概况
  • 批准号:
    10901010
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 5.27万
  • 项目类别:
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了