Gating and Permeation in Ionotropic Glutamate Receptors

离子型谷氨酸受体的门控和渗透

基本信息

项目摘要

Our long-term goal is to address molecular determinants of brain disorders. Fast synaptic transmission in the brain is mediated by ion channels that are directly activated by a chemical neurotransmitter. NMDA and AMPA receptors are glutamate-gated ion channels that convert the presynaptic release of glutamate, the predominant excitatory neurotransmitter in the brain, into a postsynaptic signal. By defining the operation of NMDA and AMPA receptors, we will gain a better understanding of how they control brain function. We will also learn how to modulate their function with greater precision and specificity to help understand, and potentially treat, brain disroders such as schizophrenia, epilepsy, and the excitotoxicity associated with acute and chronic brain disorders. Our experiments will focus on a eukaryotic transmembrane segment, the M4 segment, which is positioned around the pore domain. Recent published and preliminary data from our lab has indicated that the M4 segments act in novel ways to regulate core synaptic functions of NMDA and AMPA receptors. Highlighting their significance is that inherited and de novo mutations in the M4 segments induce neurodevelopmental disorders and epileptic encephalopathies. Aim 1 will address the novel hypothesis that the unique kinetics of NMDA receptors at synapses are due to two kinetically distinct gates and that the M4 segments regulate these gates in a subunit-specific manner. We will address this hypothesis using cysteine cross-linking, rigorous single channel analysis, and molecular dynamic simulations. Aim 2 will address the hypothesis that the M4 segments in NMDA receptors are a major allosteric conduit coupling external domains to transmembrane and internal domains. Here, we will test this hypothesis by decoupling external domains from transmembrane and internal domains and assay this decoupling using electrophysiological and FRET based measurements. Aim 3 will address the hypothesis that the M4 segments in AMPA receptors carry out distinct functional roles including acting as a conduit for auxiliary proteins found at synapses. Here, we will compare functional properties between the M4 segments in NMDA and AMPA receptors using electrophysiological recordings and molecular dynamic simulations. Our experiments will delineate molecular features of NMDA and AMPA receptors that contribute to synaptic function. This information will aid in developing specific therapies to target these receptors in nervous system disorders.
我们的长期目标是解决大脑疾病的分子决定因素。快速突触 大脑中的传输是由离子通道介导的,离子通道直接被化学物质激活 神经递质。 NMDA 和 AMPA 受体是谷氨酸门控离子通道,可将 突触前释放谷氨酸(大脑中主要的兴奋性神经递质) 突触后信号。通过定义 NMDA 和 AMPA 受体的运作,我们将获得更好的结果 了解它们如何控制大脑功能。我们还将学习如何调节它们的功能 具有更高的精确度和特异性,有助于理解并可能治疗脑部疾病,例如 精神分裂症、癫痫以及与急性和慢性脑部疾病相关的兴奋性毒性。 我们的实验将重点关注真核生物跨膜片段,即 M4 片段,它是 位于孔域周围。我们实验室最近发布的初步数据表明 M4 片段以新颖的方式调节 NMDA 和 AMPA 的核心突触功能 受体。强调其重要性的是 M4 片段中​​的遗传突变和从头突变 诱发神经发育障碍和癫痫性脑病。目标 1 将针对小说 假设突触处 NMDA 受体的独特动力学归因于两种不同的动力学 门,并且 M4 片段以亚基特异性方式调节这些门。我们将解决 该假设使用半胱氨酸交联、严格的单通道分析和分子动力学 模拟。目标 2 将提出以下假设:NMDA 受体中的 M4 片段是主要的 将外部域耦合到跨膜域和内部域的变构导管。在这里,我们将 通过将外部域与跨膜域和内部域解耦来检验这一假设 使用基于电生理学和 FRET 的测量来分析这种解耦。目标 3 将解决 假设 AMPA 受体中的 M4 片段具有不同的功能作用,包括 作为突触中发现的辅助蛋白的管道。在这里,我们将比较功能 使用电生理学研究 NMDA 和 AMPA 受体 M4 片段之间的特性 录音和分子动力学模拟。我们的实验将描述分子特征 NMDA 和 AMPA 受体有助于突触功能。这些信息将有助于 开发针对神经系统疾病中这些受体的特定疗法。

项目成果

期刊论文数量(15)
专著数量(0)
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专利数量(0)
A Molecular Determinant of Subtype-Specific Desensitization in Ionotropic Glutamate Receptors.
离子型谷氨酸受体亚型特异性脱敏的分子决定因素。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2016-03-02
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Alsaloum, Matthew;Kazi, Rashek;Gan, Quan;Amin, Johansen;Wollmuth, Lonnie P
  • 通讯作者:
    Wollmuth, Lonnie P
Mechanism-Based Mathematical Model for Gating of Ionotropic Glutamate Receptors.
基于机制的离子型谷氨酸受体门控数学模型。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2015-08-27
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Dai, Jian;Wollmuth, Lonnie P;Zhou, Huan
  • 通讯作者:
    Zhou, Huan
Two gates mediate NMDA receptor activity and are under subunit-specific regulation.
两个门介导 NMDA 受体活性并受到亚基特异性调节。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2023-03-23
  • 期刊:
  • 影响因子:
    16.6
  • 作者:
    Amin, Johansen B;He, Miaomiao;Prasad, Ramesh;Leng, Xiaoling;Zhou, Huan;Wollmuth, Lonnie P
  • 通讯作者:
    Wollmuth, Lonnie P
A conserved glycine harboring disease-associated mutations permits NMDA receptor slow deactivation and high Ca2+ permeability.
含有疾病相关突变的保守甘氨酸允许 NMDA 受体缓慢失活和高 Ca2+ 通透性。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
  • 影响因子:
    16.6
  • 作者:
    Amin, Johansen B;Leng, Xiaoling;Gochman, Aaron;Zhou, Huan;Wollmuth, Lonnie P
  • 通讯作者:
    Wollmuth, Lonnie P
Advancing NMDA Receptor Physiology by Integrating Multiple Approaches.
通过整合多种方法推进 NMDA 受体生理学。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
  • 影响因子:
    15.9
  • 作者:
    Zhou, Huan;Wollmuth, Lonnie P
  • 通讯作者:
    Wollmuth, Lonnie P
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