beta-arrestins在自感光神经节细胞光信号转导中的作用和机制研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31601134
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    20.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0702.细胞信号转导
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2019-12-31

项目摘要

Perception of light is important not only for image-forming, but also many biological processes including photoentrainment of circadian rhythm, sleep regulation, cognition and mood. These functions are thus termed “non-image forming vision”, and they are largely mediated by a group of retinal ganglion cells, the intrinsically photosensitive retinal ganglion cells (ipRGCs). Phototransduction of ipRGCs is distinct from that of the traditional photoreceptor rods and cones, using G-protein coupled receptor and PLC pathways to activate TRPC6/7 and generate positive photocurrent. Their photo response also exhibit a slower onset and a slower decay compared to rods and cones. Such characteristics bestow ipRGCs the unique ability to integrate light over a prolonged period of time, which is of great physiological relevance considering many functions ipRGC carry out. We are hence interested in the details involved in the transduction and dynamics of ipRGC photo-responses, in particular, roles of beta-arrestins in this process. In preliminary attempt we observed that ipRGCs lacking Arrb1/2 (from conditional knock-out mice) showed normal response to single photo stimulation, but required significantly longer dark adaption before they could respond again, indicating deficits in recovery from prior response. We therefore propose to investigate in further detail the cellular mechanisms involved in the beta-arrestin associated recovery. We plan to use electrophysiology approaches aided by various pharmacological tools, in combination with molecular and behavioral examinations, to reveal the site of action of beta-arrestin in the photo-transduction/recovery of ipRGCs, and the molecular basis for their interactions. We expect to broaden our knowledge of the cellular processes underlying light-detection by ipRGC and provide insights for a better understanding of the physiological signals coded by light via ipRGCs.
对光的感知除形成图像外,也影响睡眠节律和认知等多种生理过程,这些非成像视觉功能是由自感光视网膜神经节细胞(ipRGC)所介导的。ipRGC被光激活后,经GPCR-PLCb4通路产生光电流。其光响应具特殊的动力学特征,与ipRGC所介导的生理功能密切相关。我们预测在7TMR信号转导中极为重要的beta-arrestins可能参与ipRGC的光感受动力学,并繁育了在ipRGC内条件性敲除Arrb1/2的小鼠。双敲小鼠ipRGC在给予重复刺激时恢复响应所需的暗适应时间大幅度延长,表明Arrbs对ipRGC响应持续性光输入有重要意义,但作用路径和靶点有待阐明。本申请将使用电生理、药理学、和分子及行为水平的验证相结合的研究手段,解析Arrbs在ipRGC光信号转导中的作用位点和分子机制。实验结果将帮助我们理解ipRGC编码光信号的分子过程,并可能揭示beta-arrestins在信号转导中的新功能。

结项摘要

感光是生物体包括人类获得外界信息最重要的途径之一。对光的感知不仅仅形成视觉,也会影响很多不涉及视觉的生理功能,比如节律和睡眠,甚至高级认知行为。 这些非成像视觉功能被认为主要是由新近发现的一类自感光视网膜神经节细胞(intrinsically photosensitive Retinal Ganglion Cells, ipRGCs)所介导的。 IpRGCs对光的响应有别于经典的感光细胞视锥和视杆,时程较长且延迟,可持续响应连续的光信号。这种动力学特征对于ipRGCs进行光信号的整合以正确的行使功能至关重要,但是其背后的分子生物学机制仍不明确。本研究中,我们重点关注一类对G蛋白偶联受体的信号转导非常重要的脚手架蛋白——arrestins (捕获蛋白,Arrb)在ipRGCs光反应动力学中的角色和作用。通过构建Arrb1/2在ipRGCs中条件性敲除的转基因小鼠,使用单细胞光电生理记录的手段,我们证实了Arrb1/2的双缺失使得ipRGCs持续感光能力出现缺陷,无法在一次光响应后及时恢复而对重复光刺激产生连续响应。我们进一步证实,Arrb1/2缺失导致的ipRGC持续光反应缺陷可以通过重新表达Arrb1蛋白而修复,说明这种缺陷的确是由Arrb蛋白的敲除引起的。在分子机制方面,本研究发现Arrb1/2与视黑素melanopsin (ipRGC的感光蛋白)的互作很可能依赖于melanopsin碳末端的磷酸化位点。 Melanopsin碳末端磷酸化位点的缺失可以引起细胞水平上与Arrb1/2缺失相似的感光异常,也可以引起动物生理功能水平的缺陷。本研究的成果揭示了脚手架蛋白Arrb1/2在ipRGCs光信号转导过程中的具体作用和潜在分子机制,拓宽了我们对ipRGCs如何编码光信号以介导非成像视觉功能的理解。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Sodium chloride (NaCl) potentiates digoxin-induced anti-tumor activity in small cell lung cancer
氯化钠 (NaCl) 增强地高辛诱导的小细胞肺癌抗肿瘤活性
  • DOI:
    10.1080/15384047.2018.1504723
  • 发表时间:
    2019-01-02
  • 期刊:
    CANCER BIOLOGY & THERAPY
  • 影响因子:
    3.6
  • 作者:
    Deng, Ke;Shen, Jiawei;Lin, Wenchu
  • 通讯作者:
    Lin, Wenchu
Accelerated photoreceptor differentiation of hiPSC-derived retinal organoids by contact co-culture with retinal pigment epithelium
通过与视网膜色素上皮接触共培养加速 hiPSC 来源的视网膜类器官的光感受器分化
  • DOI:
    10.1016/j.scr.2019.101491
  • 发表时间:
    2019-08-01
  • 期刊:
    STEM CELL RESEARCH
  • 影响因子:
    1.2
  • 作者:
    Akhtar, Tasneem;Xie, Haohuan;Xue, Tian
  • 通讯作者:
    Xue, Tian
Gene Correction Reverses Ciliopathy and Photoreceptor Loss in iPSC-Derived Retinal Organoids from Retinitis Pigmentosa Patients.
基因校正可逆转色素性视网膜炎患者 iPSC 来源的视网膜类器官的纤毛病变和光感受器损失
  • DOI:
    10.1016/j.stemcr.2018.02.003
  • 发表时间:
    2018-04-10
  • 期刊:
    Stem cell reports
  • 影响因子:
    5.9
  • 作者:
    Deng WL;Gao ML;Lei XL;Lv JN;Zhao H;He KW;Xia XX;Li LY;Chen YC;Li YP;Pan D;Xue T;Jin ZB
  • 通讯作者:
    Jin ZB
In vivo genome editing rescues photoreceptor degeneration via a Cas9/RecA-mediated homology-directed repair pathway
体内基因组编辑通过 Cas9/RecA 介导的同源定向修复途径挽救光感受器变性
  • DOI:
    10.1126/sciadv.aav3335
  • 发表时间:
    2019-04-01
  • 期刊:
    SCIENCE ADVANCES
  • 影响因子:
    13.6
  • 作者:
    Cai, Yuan;Cheng, Tianlin;Xue, Tian
  • 通讯作者:
    Xue, Tian

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  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
    生物技术通讯
  • 影响因子:
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  • 作者:
    吴钰彬;李姝璇;侯汪衡;杨宏伟;赵欢;吴林丽;吴文伟;朱峻毅;张军;程通
  • 通讯作者:
    程通
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    2018
  • 期刊:
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  • 通讯作者:
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  • 作者:
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  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    中国超声医学杂志
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    --
  • 作者:
    赵欢;刘慧;向红;秦伟芳;李茜;林海宇
  • 通讯作者:
    林海宇

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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