Investigating the role of AAA+-ATPases in peroxisome biology
研究 AAA -ATP 酶在过氧化物酶体生物学中的作用
基本信息
- 批准号:10245266
- 负责人:
- 金额:$ 24.9万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2017
- 资助国家:美国
- 起止时间:2017-05-01 至 2022-08-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:ATP phosphohydrolaseAdaptor Signaling ProteinArchitectureAutophagocytosisBile AcidsBiochemicalBiochemical GeneticsBiochemistryBiogenesisBiological AssayBiologyBrainCellsComplexCryoelectron MicroscopyCrystallizationCytosolDefectDevelopmentDiseaseDissectionElectron MicroscopyEncapsulatedEndoplasmic ReticulumEnvironmentEnzymesEukaryotaFluorescence MicroscopyFunctional disorderGenesGoalsGrowthHealthHomeostasisHumanHydrogen PeroxideIn VitroKnowledgeLipidsLiver DysfunctionLongevityMaintenanceMass Spectrum AnalysisMembraneMembrane BiologyMembrane Protein TrafficMembrane ProteinsMentorsMentorshipMetabolicMetabolismMicroscopyMitochondriaModelingMolecularMotorMutateMutationMyelin SheathNerve DegenerationOrganellesPHEX proteinPhenotypePlayProcessProtein ImportProteinsQuality ControlReactionRegulationResearchResourcesRoleSNAP receptorStructureSyndromeSystemTechniquesTestingTherapeutic InterventionTrainingTranslatingVery Long Chain Fatty Aciddevelopmental diseasedisease-causing mutationeffective therapyfascinatehigh throughput screeningimprovednovelnovel therapeutic interventionperoxisomeperoxisome membraneprogramsreceptorreconstitutionresponseskillstrafficking
项目摘要
Project Summary: Peroxisomes are ubiquitous, membrane-bound organelles that encapsulate specialized
metabolic reactions, typically including those that produce hydrogen peroxide as a byproduct. In humans,
where peroxisomes breakdown very long chain fatty acids and synthesize precursors of bile acids and myelin
sheath lipids, defects in peroxisomes cause Peroxisome Biogenesis Disorders (PBDs), characterized by
neuronal degeneration, liver dysfunction, and decreased lifespan. There are currently no treatments for PBDs,
and our understanding of peroxisomes in human health is hindered by our limited understanding of the
biochemical mechanisms of peroxisome molecular membrane biology.
De novo biogenesis of peroxisomes requires approximately 30 dedicated Pex proteins. During this
process, the peroxisome membrane and membrane proteins traffic through the endoplasmic reticulum, while
the matrix proteins are imported fully folded from the cytosol. The majority of PBDs are caused by mutations in
Pex1 and Pex6, two AAA+-ATPase motor proteins that perform an uncharacterized task crucial for peroxisome
matrix protein import. A complete understanding of Pex1 and Pex6 architecture, substrates, processing
mechanism, and function at the peroxisome would reveal new mechanistic details of peroxisome formation,
novel therapeutic strategies, and expand our understanding of the role of peroxisomes in disease.
As a Miller Fellow in Dr. Andreas Martin's lab, I used in vitro biochemistry and electron microscopy to
determine the architecture of the active Pex1/Pex6 complex and its interaction and regulation by its membrane
tether protein Pex15. This represents the first structural and biochemical characterization of Pex1/Pex6 and a
unique molecular handle to dissect the energy-dependent steps of peroxisome assembly. In this proposal I will
expand my research to understand the function of Pex1/Pex6 in the context of the cell and peroxisome
dysfunction in the context of cellular homeostasis. In Aim 1, with the mentorship of Dr. Martin, an expert on
AAA+-ATPase mechanisms, I propose to identify the substrates of Pex1/Pex6 and determine their processing
mechanism. In Aim 2, with mentorship from Dr. Schekman, an expert in biochemical dissections of membrane
trafficking, I will determine Pex1/Pex6 function in peroxisome matrix protein import using a novel cell-free
reconstitution. Finally, I propose to determine the cellular response to induced peroxisome dysfunction and
identify novel proteins required for peroxisome maintenance.
With the support of my mentors and the greater research environment at UC Berkeley, I will receive
training in mass spectrometry, cryo-electron microscopy, cell-free reconstitutions, fluorescence microscopy,
and high throughput screening. These skills will help me bridge my background in biochemistry with my
fascination with organelle biology to build a successful independent research program investigating the
biochemical mechanisms of peroxisome biology.
项目摘要:过氧化物酶体是普遍存在的膜结合细胞器,封装了专门的
代谢反应,通常包括产生副产物过氧化氢的反应。在人类中,
过氧化物酶体分解长链脂肪酸并合成胆汁酸和髓磷脂的前体
鞘脂、过氧化物酶体缺陷会导致过氧化物酶体生物发生障碍 (PBD),其特征为
神经元变性、肝功能障碍和寿命缩短。目前尚无针对 PBD 的治疗方法,
我们对过氧化物酶体在人类健康中的作用的理解受到我们对过氧化物酶体的有限了解的阻碍。
过氧化物酶体分子膜生物学的生化机制。
过氧化物酶体的从头生物发生需要大约 30 种专用 Pex 蛋白。在此期间
过程中,过氧化物酶体膜和膜蛋白穿过内质网,而
基质蛋白从细胞质中完全折叠导入。大多数 PBD 是由基因突变引起的
Pex1 和 Pex6,两种 AAA+-ATP 酶马达蛋白,执行对过氧化物酶体至关重要的未知任务
基质蛋白导入。全面了解 Pex1 和 Pex6 架构、基板、处理
过氧化物酶体的机制和功能将揭示过氧化物酶体形成的新机制细节,
新的治疗策略,并扩大我们对过氧化物酶体在疾病中作用的理解。
作为 Andreas Martin 博士实验室的米勒研究员,我使用体外生物化学和电子显微镜
确定活性 Pex1/Pex6 复合物的结构及其膜的相互作用和调节
系链蛋白 Pex15。这代表了 Pex1/Pex6 和 Pex1/Pex6 的第一个结构和生化特征
独特的分子手柄来剖析过氧化物酶体组装的能量依赖性步骤。在这个提案中我将
扩展我的研究以了解 Pex1/Pex6 在细胞和过氧化物酶体中的功能
细胞稳态的功能障碍。在目标 1 中,在专家 Martin 博士的指导下
AAA+-ATPase机制,我建议鉴定Pex1/Pex6的底物并确定它们的加工
机制。在目标 2 中,在膜生化解剖专家 Schekman 博士的指导下
运输,我将使用新型无细胞确定 Pex1/Pex6 在过氧化物酶体基质蛋白导入中的功能
重构。最后,我建议确定细胞对诱导的过氧化物酶体功能障碍的反应和
识别过氧化物酶体维持所需的新蛋白质。
在导师的支持和加州大学伯克利分校更大的研究环境下,我将获得
质谱、冷冻电子显微镜、无细胞重建、荧光显微镜等方面的培训
和高通量筛选。这些技能将帮助我将我的生物化学背景与我的
对细胞器生物学的着迷,建立了一个成功的独立研究项目,调查
过氧化物酶体生物学的生化机制。
项目成果
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