Membrane lipid regulation of calcium channels in sperm.

精子钙通道的膜脂调节。

• 批准号: 10591574
• 负责人: ALEXANDER J TRAVIS
• 金额: $ 38.66万
• 依托单位: CORNELL UNIVERSITY
• 依托单位国家: 美国
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 美国
• 起止时间: 2019-03-15 至 2025-02-28
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://reporter.nih.gov/project-details/10591574
• 关键词: Acrosome; Address; Apical; Artificial Membranes; Biochemistry; Biological; Biology; Blood Glucose; Calcium; Calcium Channel; Calcium Oscillations; CatSper; Cell Line; Cell membrane; Cell physiology; Cells; Cellular biology; Chimeric Proteins; Cholesterol; Data; Defect; Development; Diabetes Mellitus; Disease; Electrophysiology (science); Excision; Exocytosis; Female; Fertility; Fertilization; Ganglioside GM1; Genetic; Genetic Models; Health; Human; Image; Infertility; Insulin; Knockout Mice; Knowledge; Laboratories; Lead; Lipids; Male Infertility; Mediating; Medicine; Membrane; Membrane Fluidity; Membrane Fusion; Membrane Lipids; Membrane Potentials; Methods; Microscopy; Modeling; Molecular; Mouse Strains; Mus; Nature; Neurons; Pain; Pain management; Pancreas; Pathologic; Peripheral Nervous System Diseases; Pharmacology; Physiological; Physiology; Positioning Attribute; Process; Publications; Publishing; RNA Splicing; Regulation; Regulation of Exocytosis; Role; Seminal fluid; Series; Sialic Acids; Sterols; Structure of beta Cell of islet; System; Tail; Temperature; Testing; Variant; Xenopus oocyte; calcium indicator; diabetes management; empowerment; experimental study; extracellular; improved; innovation; insight; male fertility; mouse genetics; mouse model; new technology; novel; novel strategies; novel therapeutics; pain sensation; peripheral pain; pharmacologic; reproductive tract; response; sensor; spatiotemporal; sperm cell; sperm function; superresolution microscopy; tool; unilamellar vesicle; voltage; zygote

PROJECT SUMMARY  Voltage-­gated calcium channels (VGCC) regulate the function of cells ranging from sperm to insulin-­producing  pancreatic cells to neurons. There is growing recognition that specific lipids, sterols and the ganglioside GM1,  regulate VGCC activity in health and disease including during fertilization, regulation of blood sugar, and pain  sensation. However, determining mechanisms by which lipids regulate VGCC remains a major challenge in the  field. This proposal addresses two questions of broad importance to biology & medicine: At a molecular level,  how can membrane lipids regulate 1) VGCC activity and 2) cell function? Sperm are an outstanding model for  these issues, because their ability to fertilize an egg is well-­known to be regulated by lipid dynamics. However,  there is tremendous controversy regarding sperm calcium (Ca2+) channels, with electrophysiological recordings  (at room temperature) only identifying the activity of a single, non-­VGCC channel (CatSper). In contrast, data  from several groups using approaches of cell biology, genetics and pharmacology, show the activity of different  channels including VGCC. Of importance, we found that sterols and GM1 regulate sperm VGCC activity in ways  that typical electrophysiology practices can’t detect. This proposal represents a consortium of two laboratories,  one with expertise in sperm electrophysiology, who have pioneered new methods to be able to detect channels  regulated by lipids. The second laboratory was first to identify membrane lipid regulation of sperm VGCC, and  has expertise in membrane lipid organization and function. Together, we propose to use new technologies and  approaches to address this controversy, which is central to our understanding of sperm function & fertilization.  This knowledge will empower clinicians to better understand the causes of male infertility, half of which are due  to sperm function defects and are not detected by traditional semen analysis.  Based on exciting preliminary  data that clearly show evidence of more than one type of Ca2+ channel (using sperm from mice null for  CatSper), as well as publications from both laboratories, we propose a series of experiments to investigate  how lipids regulate mouse and human sperm VGCC and possibly other Ca2+ channels (Aim 1). These studies  will utilize state-­of-­the-­art microscopy, pharmacology, mouse genetic models and electrophysiology under  conditions that allow sperm membrane lipids to behave as they do in the female reproductive tract. We next  propose to determine the precise molecular mechanisms by which sterols and GM1 regulate VGCC (Aim 2). To  do this, we’ll express different VGCC subunits in specific cell lines, as well as artificial membrane systems, in  which we can control both channel expression and the lipid composition. In both Aims, we will utilize innovative  mouse strains either expressing genetically encoded Ca2+ indicators or lacking specific channel subunits.  Together, these studies will provide broad mechanistic insight into the regulation of VGCC by membrane lipids,  a matter of critical importance in both normal physiology as well as important disease states.

项目摘要 电压门控钙通道（VGCC）调节细胞的功能，从精子到产生胰岛素 胰腺细胞到神经元。人们越来越认识到特定的脂质，固醇和神经节苷脂GM1， 调节健康和疾病中的VGCC活性，包括在受精过程中，血糖调节和疼痛 感觉。但是，确定脂质调节VGCC的机制仍然是一个主要挑战 场地。该提案解决了生物学与医学的两个广泛重要性：在分子层面， 膜脂质如何调节1）VGCC活性和2）细胞功能？精子是一个出色的模型 这些问题，因为众所周知，肥胖的能力受脂质动力学调节。然而， 有巨大的控制症，精子钙（Ca2+）通道，带有电生理记录 （在室温下）仅识别单个非VGCC通道（CATSPER）的活性。相反，数据 使用细胞生物学，遗传学和药理学方法的几个组中，显示了不同的活性 包括VGCC在内的频道。重要的是，我们发现固醇和GM1以方式调节精子VGCC活动 这种典型的电生理实践无法检测到。该提案表示两个实验室的财团， 一种具有精子生理学专业知识的人，他们开创了新方法以检测通道 由脂质调节。第二个实验室是第一个确定精子VGCC的膜脂质调节的 在膜脂质组织和功能方面具有专业知识。我们一起建议使用新技术和 解决这种控制的方法，这对于我们对精子功能和施肥的理解至关重要。 这些知识将使临床医生能够更好地了解男性不育症的原因，其中一半应到期 对于精子功能缺陷，未通过传统的半分析检测到。基于令人兴奋的初步 清楚地显示出一种以上类型的Ca2+通道的证据的数据（使用小鼠无效的精子用于 Catsper）以及两个实验室的出版物，我们提出了一系列实验来调查 脂质如何调节小鼠和人类精子VGCC以及其他其他Ca2+通道（AIM 1）。这些研究 将利用最先进的显微镜，药理学，小鼠通用模型和电生理学 允许精子膜脂质在女性生殖道中表现的条件。我们接下来 确定固醇和GM1调节VGCC的精确分子机制的建议（AIM 2）。到 执行此操作，我们将在特定细胞系中表达不同的VGCC亚基以及艺术膜系统 我们可以控制通道表达和脂质组成。在这两个目标中，我们都将利用创新 小鼠菌株表达一般编码的Ca2+指示器或缺乏特定的通道亚基。 总之，这些研究将为膜脂质的VGCC法规提供广泛的机械洞察力， 在正常生理和重要疾病状态下都至关重要的母校。