Neuronal control of body weight and size by the Gbeta5-R7 signaling complex

Gbeta5-R7 信号复合物对体重和体型的神经元控制

基本信息

项目摘要

Abstract Obesity is a major co-morbidity factor in diabetes, cancer, cardiovascular, neurological and other diseases. One group of genes recently linked to obesity in humans are genes encoding the R7 family of regulator of G protein signaling proteins (RGS6, 7, 9 and 11) and Gnb5, which encodes the G protein beta subunit G5. G5 and R7 proteins form obligatory dimers, so that the Gnb5 knockout causes complete degradation of the entire G5-R7 complex. This proposal studies how a deficiency in the Gnb5 and R7 genes can lead to obesity; the ultimate goal is to discover effective treatments of disorders associated with neuroendocrine pathways regulated by these genes. The proposed research plan builds upon earlier discoveries that together constitute a strong premise for this study. Ablation of one Gnb5 allele leads to obesity and metabolic syndrome in mice; this finding was later confirmed by human genetics. Subsequent mechanistic investigations in this lab identified a novel role for the G5-R7 complex in pancreatic beta cells where G5-R7 strongly promoted insulin secretion. Brain is the main organ regulating body weight, and the expression level of G5-R7 is much higher than in the pancreas or any other peripheral tissues. These considerations lead to the hypothesis that G5-RGS7 regulates body weight via its function in the CNS, where as in the insulin-secreting beta cells, G5-R7 can regulate hormone and/or neurotransmitter secretion by neurons. In support of this hypothesis, recent studies in the lab demonstrated that local knockout of Gnb5 in the hypothalamus using LoxP/Cre technology caused a dramatic increase of body weight and adiposity in adult mice. The proposed research will develop this discovery. Specific Aim 1 will analyze the effects of Gnb5 ablation in specific hypothalamic nuclei and types of neurons on body weight and levels of various hormones. Overexpression of Gnb5 using viral-mediated gene transfer will be performed to rescue obesity. Aim 2 will determine which hormones and signaling proteins (i.e., GPCRs) are co-expressed with Gnb5 in hypothalamic neurons. Tissue and acutely cultured neurons will be examined for secretion of specific hormones and signaling. Specific Aim 3 will study molecular events affected by G5-R7 via its knockout (CRISPR/Cas9), knockdown and overexpression in cell lines that endogenously express M3R and G5-R7. Experiments will focus on signaling, structure-function analysis of G5-R7 and signal-stimulated secretion utilizing pharmacological agents and biochemical and biophysical assays. Through unraveling a novel mechanism that regulates neuronal functions, this project may have a strong impact on understanding etiology of obesity and other neuroendocrine disorders.
抽象的 肥胖是糖尿病、癌症、心血管、神经系统和其他疾病的主要共病因素 最近与人类肥胖相关的一组基因是编码 R7 家族的基因。 G 蛋白信号蛋白(RGS6、7、9 和 11)和 Gnb5(编码 G 蛋白 beta)的调节因子 亚基 G5。G5 和 R7 蛋白形成必需二聚体,因此 Gnb5 敲除导致完全敲除。 该提案研究了 Gnb5 和 R7 基因的缺陷如何影响整个 G5-R7 复合物的降解。 可能导致肥胖;最终目标是找到与肥胖相关的疾病的有效治疗方法 神经内分泌途径受这些基因调节。 拟议的研究计划建立在早期发现的基础上,这些发现共同构成了强有力的前提 在这项研究中,消除一个 Gnb5 等位基因会导致小鼠肥胖和代谢综合征; 后来通过人类遗传学的证实,该实验室的后续机制研究发现了一种新的作用。 胰腺β细胞中的G5-R7复合物,其中G5-R7强烈促进胰岛素分泌。 是调节体重的主要器官,G5-R7的表达水平远高于胰腺或胰腺 这些考虑导致了 G5-RGS7 调节身体的假设。 通过其在 CNS 中的功能来调节体重,与分泌胰岛素的 β 细胞一样,G5-R7 可以调节激素 和/或神经元分泌的神经递质支持这一假设,最近的实验室研究。 证明使用 LoxP/Cre 技术局部敲除下丘脑中的 Gnb5 会导致显着的 成年小鼠体重和肥胖的增加将进一步发展这一发现。 具体目标 1 将分析 Gnb5 消融对特定下丘脑核团和神经元类型的影响 使用病毒介导的基因转移来过度表达 Gnb5 会影响体重和各种激素的水平。 目标 2 将确定哪些激素和信号蛋白(即 GPCR)是拯救肥胖的。 将检查组织和急性培养的神经元中与 Gnb5 的共表达。 具体目标 3 将研究受 G5-R7 影响的分子事件。 通过在内源性表达 M3R 的细胞系中进行敲除 (CRISPR/Cas9)、敲低和过表达 和 G5-R7 实验将重点关注 G5-R7 的信号传导、结构功能分析和信号刺激。 利用药物制剂和生物化学和生物物理测定法进行分泌。 调节神经功能的新机制,该项目可能会对理解产生重大影响 肥胖和其他神经内分泌疾病的病因学。

项目成果

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