Role of the Unfolded Protein Response in Photoreceptor Degeneration
未折叠蛋白反应在光感受器变性中的作用
基本信息
- 批准号:10090604
- 负责人:
- 金额:$ 54.97万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2018
- 资助国家:美国
- 起止时间:2018-02-01 至 2023-01-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:AmericanAnimal ModelApoptosisApoptoticAttenuatedBindingCell Differentiation processCellsCessation of lifeChronicClientDevelopmentDiseaseEndoplasmic ReticulumEndoribonucleasesEnzymesEventExhibitsFunctional disorderGenerationsGeneticGenetic TranscriptionGoalsHealthHomeostasisHumanHyperactivityInflammasomeInflammationIntegral Membrane ProteinInterventionKnock-inLeadMaintenanceMeasuresMessenger RNAModelingMolecularMolecular ChaperonesMusMutationNeuronsOutputPathogenicityPathway interactionsPharmaceutical PreparationsPharmacologyPhosphotransferasesPhotoreceptorsPhototransductionPhysiologicalPreclinical TestingPreventionProteinsRNA SplicingReactionResearch Project GrantsRetinaRetinal DegenerationRetinal PhotoreceptorsRetinitis PigmentosaRhodopsinRibonucleasesRiskRoleShapesSignal PathwaySignal TransductionSterilitySuicideTXNIP geneTestingTherapeuticVertebrate PhotoreceptorsVisionXBP1 genecell suicideendoplasmic reticulum stressexperiencein vivoinsightkinase inhibitormouse modelnanomolarnovel strategiesnovel therapeuticsphotoreceptor degenerationprematurepreservationpreventprogramsresponsesecretory proteinskillssmall moleculetranscription factor
项目摘要
PROJECT SUMMARY
Client proteins of the secretory pathway fold to their native shapes in the endoplasmic reticulum (ER) through
reactions catalyzed by chaperones and other ER protein-modifying enzymes. Under high secretory demand,
these activities are overwhelmed, causing unfolded proteins to accumulate. If uncorrected, such “ER stress”
increases the risk of cell degeneration and death. Photoreceptors, specialized neurons in the retina
responsible for phototransduction, have one of the highest secretory burdens of any human cell, making them
particularly susceptible to ER stress. Recent evidence has implicated pathogenic ER stress as a potential
cause of retinitis pigmentosa (RP), a blinding disease marked by the progressive loss of photoreceptors,
especially in cases due to mutations in rhodopsin that prevents its proper folding.
Accumulation of unfolded proteins in the ER triggers signaling pathways called the unfolded protein response
(UPR). Under remediable levels of ER stress, the adaptive UPR (A-UPR) activates transcriptional and
translational changes that restore homeostasis. However, under irremediably high ER stress, these adaptive
measures fail and the signaling pathways instead trigger programmed cell death—referred to as the terminal
UPR (T-UPR). We discovered that the ER transmembrane protein IRE1, a bifunctional
kinase/endoribonuclease (RNase), converts an A-UPR to a T-UPR. During rectifiable ER stress, IRE1
transiently trans-autophosphorylates, causing its RNase to trigger the A-UPR through frame-shift splicing of the
mRNA encoding XBP1 transcription factor. But under high/chronic ER stress, IRE1's kinase becomes
hyperphosphorylated, causing RNase hyperactivation that leads to massive degradation of ER-localized
mRNA and T-UPR events including: (1) loss of differentiated cell identity, (2) local sterile inflammation, and (3)
programmed cell death through pyroptosis and apoptosis.
We hypothesize that an IRE1-induced switch from an A-UPR to a T-UPR contributes to ER stress-induced
photoreceptor loss. Our overall goal for this R01 is threefold: (1) define the role of IRE1 signaling on normal
photoreceptor health; (2) elucidate key underlying molecular mechanisms through which IRE1 converts an A-
UPR to a T-UPR in photoreceptors; and (3) target IRE1 in photoreceptors using our recently developed
kinase inhibitors for long-term prevention of retinal degeneration. Our research project, to be driven by three
labs with complementary and synergistic skills as well as experienced collaborators, promises to provide
powerful mechanistic insights into the role of the UPR in photoreceptor health and degeneration, and to
establish whether the UPR can be successfully drugged to prevent photoreceptor loss in RP.
项目概要
分泌途径的客户蛋白在内质网 (ER) 中通过以下方式折叠成其天然形状:
在高分泌需求下,分子伴侣和其他 ER 蛋白修饰酶催化的反应。
如果不加以纠正,这些活动就会不堪重负,导致未折叠的蛋白质积聚,形成“内质网应激”。
增加细胞退化和死亡的风险,感光细胞是视网膜中的特殊神经元。
负责光转导,是人类细胞中分泌负担最高的细胞之一,使它们
特别容易受到 ER 应激的影响,最近的证据表明致病性 ER 应激是一种潜在的因素。
色素性视网膜炎 (RP) 的病因,这是一种以光感受器逐渐丧失为特征的致盲性疾病,
尤其是在视紫红质突变导致其无法正确折叠的情况下。
内质网中未折叠蛋白的积累会触发称为未折叠蛋白反应的信号通路
(UPR) 在可修复的 ER 应激水平下,适应性 UPR (A-UPR) 激活转录和
然而,在不可挽回的高内质网压力下,这些适应性改变。
措施失败,信号通路反而触发程序性细胞死亡——称为终端
我们发现内质网跨膜蛋白 IRE1,一种双功能蛋白。
激酶/核糖核酸内切酶 (RNase) 在可纠正的 ER 应激期间将 A-UPR 转化为 T-UPR。
瞬时反式自磷酸化,导致其 RNase 通过移码剪接触发 A-UPR
编码 XBP1 转录因子的 mRNA 但在高/慢性 ER 应激下,IRE1 的激酶变成。
过度磷酸化,导致 RNase 过度激活,导致 ER 局部化的大量降解
mRNA 和 T-UPR 事件包括:(1) 分化细胞身份丧失,(2) 局部无菌炎症,以及 (3)
通过细胞焦亡和细胞凋亡进行程序性细胞死亡。
我们发现 IRE1α 诱导的从 A-UPR 到 T-UPR 的转变有助于 ER 应激诱导
我们对此 R01 的总体目标有三个:(1) 定义 IRE1 信号传导对正常的作用。
光感受器健康;(2) 阐明 IRE1 转化 A- 的关键潜在分子机制
光感受器中的 UPR 到 T-UPR;以及 (3) 使用我们最近开发的光感受器中的 IRE1 目标
我们的研究项目由三个因素驱动,用于长期预防视网膜变性。
具有互补和协同技能的实验室以及经验丰富的合作者,承诺提供
对 UPR 在光感受器健康和退化中的作用的强大机制见解,并
确定是否可以成功对 UPR 进行药物治疗以防止 RP 中光感受器损失。
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)
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