Next-generation Light-programmable Actuators of Voltage-gated Ca2+ channels

电压门控 Ca2 通道的下一代光可编程执行器

基本信息

  • 批准号:
    10403588
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 20.25万
  • 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:
    2021-05-15 至 2023-04-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

PROJECT SUMMARY PI: Manu Ben-Johny, Ph.D. CaV1 channels (CaV1.2/1.3) are fundamentally involved in the normal function and pathophysiology of the brain. In humans, dysfunction of CaV1.2/1.3 has been linked to neuropsychiatric disorders including bipolar disorder (BD), schizophrenia, and autism spectrum disorders (ASD). Elucidating the normal physiological functions of CaV1.2/1.3 in the brain and identifying potential pathophysiological mechanisms has emerged as a high priority. In this regard, CaV1 channels are potently tune by the ubiquitous Ca2+-binding protein calmodulin (CaM) that results in Ca2+- feedback inhibition (CDI). In the heart, this form of channel regulation has emerged as a dominant factor for Ca2+ homeostasis and for maintaining cardiac rhythm. Yet, in the brain, the role for CaV1 CDI in tuning neuronal action potential (AP) and function remains largely unidentified, though considered important based on biophysical analysis in reduced systems. In part, this gap in understanding stems from the absence of tools to dynamically manipulate CaM- feedback in intact physiological cells. Genetic approaches such as expressing dominant-negative CaM are challenging to interpret, as CaM itself is promiscuous in tuning a bevy of cellular proteins. Similarly, small molecule pharmacology only indirectly affects Ca2+-regulation. Accordingly, novel approaches that tune CaV1 Ca2+-feedback with high selectivity and enhanced spatial resolution are highly-desired to develop a new framework of CaV1 neurobiology and pathophysiology. The overall goal of this high-risk high-reward proposal is to develop optogenetic CaV1 actuators that tune Ca2+-dependent feedback in neuronal settings. To do so, we take advantage of a recently identified CaV1 modulator called SH3 and cysteine rich domain (stac) protein that contains a minimal domain (called U-domain) that naturally antagonizes Ca2+/CaM-feedback. Here, we engineer the stac U-domain with a light-sensitive Lov2 domain from the Avena sativa phototropin1 to reversibly photo-modulate its interaction with CaV1.2/1.3 channels in native settings. Following optimizing of this novel CaV1 actuator, name LovU-CaV1, we deploy it to dissect the functional contribution of CaV1 CDI for APs in hippocampal neurons. In all, the development of novel optogenetic CaV1 actuators open new frontiers to unambiguously define the functional impact of Ca2+-feedback in native settings, and in so doing, outline long-sought pathophysiological mechanisms that link CaV1 mis-regulation to complex neuropsychiatric phenotypes.
项目概要 PI:Manu Ben-Johny 博士 CaV1 通道 (CaV1.2/1.3) 从根本上参与正常功能和 大脑的病理生理学。在人类中,CaV1.2/1.3 的功能障碍与 神经精神疾病,包括双相情感障碍 (BD)、精神分裂症和自闭症谱系 障碍(ASD)。阐明CaV1.2/1.3在大脑中的正常生理功能 确定潜在的病理生理机制已成为当务之急。对此, CaV1 通道可通过普遍存在的 Ca2+ 结合蛋白钙调蛋白 (CaM) 进行有效调节,该蛋白 导致 Ca2+- 反馈抑制 (CDI)。在心脏里,已经出现了这种形式的通道调节 作为 Ca2+ 稳态和维持心律的主导因素。然而,在大脑中, CaV1 CDI 在调节神经元动作电位 (AP) 和功能方面的作用仍然在很大程度上 尚未确定,但根据简化系统中的生物物理分析认为很重要。在 在某种程度上,这种理解上的差距源于缺乏动态操纵 CaM 的工具。 完整生理细胞的反馈。遗传方法,例如表达显性失活 CaM 的解释具有挑战性,因为 CaM 本身在调节一系列细胞蛋白方面是混杂的。 同样,小分子药理学仅间接影响 Ca2+ 调节。据此,新颖的 具有高选择性和增强空间分辨率的调整 CaV1 Ca2+ 反馈的方法 非常希望开发 CaV1 神经生物学和病理生理学的新框架。这 这项高风险高回报提案的总体目标是开发光遗传学CaV1执行器 调节神经元环境中 Ca2+ 依赖性反馈。为此,我们利用最近 鉴定出称为 SH3 的 CaV1 调节剂和富含半胱氨酸结构域 (stac) 的蛋白,该蛋白含有 天然拮抗 Ca2+/CaM 反馈的最小结构域(称为 U 结构域)。在这里,我们 使用来自燕麦趋光素1的光敏 Lov2 结构域设计 stac U 结构域 在天然环境中可逆地光调制其与 CaV1.2/1.3 通道的相互作用。下列的 对这种新颖的 CaV1 执行器(名为 LovU-CaV1)的优化,我们部署它来剖析功能 CaV1 CDI 对海马神经元 AP 的贡献。总而言之,小说的发展 光遗传学 CaV1 执行器开辟了新的领域,明确定义了功能影响 原生环境中的 Ca2+ 反馈,并在此过程中概述了长期寻求的病理生理学 将 CaV1 失调与复杂的神经精神表型联系起来的机制。

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 }}

Manu Ben Johny其他文献

Regulatory γ1 subunits defy symmetry in functional modulation of BK channels
调节 γ1 亚基在 BK 通道的功能调制中违反对称性
Dynamic switching of calmodulin interactions underlies Ca2+ regulation of CaV1.3 channels
钙调蛋白相互作用的动态切换是 CaV1.3 通道 Ca2 调节的基础
  • DOI:
    10.1038/ncomms2727
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
  • 影响因子:
    16.6
  • 作者:
    Manu Ben Johny;Philemon S. Yang;H. Bazzazi;D. T. Yue
  • 通讯作者:
    D. T. Yue

Manu Ben Johny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('Manu Ben Johny', 18)}}的其他基金

Illuminating the function regulome of cardiac L-type Ca2+ channels in health and disease
阐明心脏 L 型 Ca2 通道在健康和疾病中的功能调节组
  • 批准号:
    10628916
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 20.25万
  • 项目类别:
Mechanism-inspired Strategies to Prevent Pathogenic Late Na Current in Cardiac Arrhythmias
预防心律失常致病性晚钠电流的机制启发策略
  • 批准号:
    10587033
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 20.25万
  • 项目类别:
Next-generation Light-programmable Actuators of Voltage-gated Ca2+ channels
电压门控 Ca2 通道的下一代光可编程执行器
  • 批准号:
    10287793
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 20.25万
  • 项目类别:
Tuning of CaV channel dynamics by stac proteins
stac 蛋白调节 CaV 通道动力学
  • 批准号:
    10673110
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 20.25万
  • 项目类别:
Tuning of CaV channel dynamics by stac proteins
stac 蛋白调节 CaV 通道动力学
  • 批准号:
    10471966
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 20.25万
  • 项目类别:
Tuning of CaV channel dynamics by stac proteins
stac 蛋白调节 CaV 通道动力学
  • 批准号:
    10016373
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 20.25万
  • 项目类别:
Tuning of CaV channel dynamics by stac proteins
stac 蛋白调节 CaV 通道动力学
  • 批准号:
    10471966
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 20.25万
  • 项目类别:
Tuning of CaV channel dynamics by stac proteins
stac 蛋白调节 CaV 通道动力学
  • 批准号:
    10240611
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 20.25万
  • 项目类别:
Mechanisms of Ca2+ and voltage-dependent inactivation Ca channels
Ca2 和电压依赖性失活 Ca 通道的机制
  • 批准号:
    8288298
  • 财政年份:
    2010
  • 资助金额:
    $ 20.25万
  • 项目类别:
Mechanisms of Ca2+ and voltage-dependent inactivation Ca channels
Ca2 和电压依赖性失活 Ca 通道的机制
  • 批准号:
    8106165
  • 财政年份:
    2010
  • 资助金额:
    $ 20.25万
  • 项目类别:

相似国自然基金

本体驱动的地址数据空间语义建模与地址匹配方法
  • 批准号:
    41901325
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    22.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
时空序列驱动的神经形态视觉目标识别算法研究
  • 批准号:
    61906126
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    24.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
针对内存攻击对象的内存安全防御技术研究
  • 批准号:
    61802432
  • 批准年份:
    2018
  • 资助金额:
    25.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
大容量固态硬盘地址映射表优化设计与访存优化研究
  • 批准号:
    61802133
  • 批准年份:
    2018
  • 资助金额:
    23.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
IP地址驱动的多径路由及流量传输控制研究
  • 批准号:
    61872252
  • 批准年份:
    2018
  • 资助金额:
    64.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似海外基金

Mechanisms Underpinning Afterload-Induced Atrial Fibrillation
后负荷诱发心房颤动的机制
  • 批准号:
    10679796
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 20.25万
  • 项目类别:
BRITE-Eye: An integrated discovery engine for CNS therapeutic targets driven by high throughput genetic screens, functional readouts in human neurons, and machine learning
BRITE-Eye:由高通量遗传筛选、人类神经元功能读数和机器学习驱动的中枢神经系统治疗靶点的集成发现引擎
  • 批准号:
    10699137
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 20.25万
  • 项目类别:
Genetically-Encoded, Non-Invasive and Wireless Modulation of Calcium Dynamics in Astrocytes With Spatiotemporal Precision and Depth
具有时空精度和深度的星形胶质细胞钙动态的基因编码、非侵入性无线调节
  • 批准号:
    10562265
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 20.25万
  • 项目类别:
Peptibodies As Novel Therapies in Atrial Fibrillation
肽体作为心房颤动的新疗法
  • 批准号:
    10598711
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 20.25万
  • 项目类别:
Investigating Astrocytic Glutamate and Potassium Dynamics in the Healthy and Injured Brain
研究健康和受伤大脑中星形胶质细胞谷氨酸和钾的动态
  • 批准号:
    10754425
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 20.25万
  • 项目类别:
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了