Exocytosis fuels plasma membrane expansion in developing neurons

胞吐作用促进发育中神经元的质膜扩张

基本信息

  • 批准号:
    10159320
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 38.4万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2019-08-01 至 2024-04-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Project Summary During development, neurons acquire a polarized, elongated, and complex morphology, which requires a significant expansion of plasma membrane surface area. Surface increases have been estimated to reach upward of 20% per day, which far exceeds concomitant neuronal volume increases. We previously demonstrated that SNARE-mediated exocytosis is required during neuritogenesis and axon branching, presumably to provide membrane material to the expanding plasma membrane, which can only stretch ~2-3% prior to rupture. Asymmetric exocytosis has also been implicated in the attractive axonal turning responses that are critical for axon guidance. Achieving proper neuronal morphogenesis and connectivity is central to the formation of a functional nervous system. Together these factors underscore the significance of regulated exocytosis in developing neurons, even prior to synaptogenesis. Over the last 40 years, a multitude of components involved in exocytosis have been identified, although this list is not exhaustive. Further, mechanisms that regulate the mode, progression, frequency, or spatiotemporal organization of vesicle fusion with the membrane, all of which are poised to modulate neuronal morphogenesis, have not been defined. To visualize exocytic events in developing neurons, we express a pH-sensitive variant of GFP (pHluorin) attached to the lumenal side of a v-SNARE, such as VAMP2 or VAMP7, to illuminate the occurrence of fusion pore opening between the acidic vesicular lumen and the neutral extracellular space. Analysis of such images has remained a time-intensive, non-automated bottleneck, delaying understanding of this fundamental cellular behavior. We developed a fully-automated computer- vision software for the detection and analysis of VAMP-pHluorin mediated exocytic events that will quantitatively reveal the spatial and temporal organization and regulation of exocytosis in developing neurons at a level of detail previously unattainable. We exploit this innovative methodology along with unbiased proteomics, microfluidics, biochemical and cell biological approaches to investigate the relationship between exocytosis and neuronal morphogenesis and identifying the molecular mechanisms that regulate exocytosis in developing neurons.
项目摘要 在发育过程中,神经元获得了两极分化,伸长且复杂的形态,该形态是 需要大量的质膜表面积扩展。表面增加具有 估计每天达到20%以上,远远超过了伴随的神经元 体积增加。我们以前证明需要旋转介导的胞吐作用 在神经发生和轴突分支期间,大概是为了提供膜材料 扩展的质膜,在破裂之前只能伸展约2-3%。不对称 胞吐作用也与诱人的轴突转动反应有关 用于轴突指导。实现适当的神经元形态发生和连通性是 功能神经系统的形成。这些因素共同强调了 甚至在突触发生之前,在发育中的神经元中调节胞吐作用。在过去的40个 多年来,已经确定了众多参与胞吐作用的成分,尽管此列表 并不详尽。此外,调节模式,进展,频率或 囊泡融合与膜的时空组织,所有这些都准备 调节神经元形态发生尚未定义。可视化外生事件 发育神经元,我们表达了附着在 V-SNARE(例如VAMP2或VAMP7)的亮度侧,以阐明融合的发生 酸性囊泡管道和中性细胞外空间之间的孔口。分析 这样的图像仍然是耗时的,非自动化的瓶颈,延迟了 了解这种基本的细胞行为。我们开发了一个完全自动的计算机 - 视觉软件,用于检测和分析鞋面 - 荧光素介导的外囊肿事件,这些事件 将定量揭示空间和时间组织以及胞吞作用的调节 以前无法实现的细节开发神经元。我们利用这一创新性 方法论以及无偏的蛋白质组学,微流体,生化和细胞生物学 研究胞吐作用与神经元形态发生之间关系的方法 并确定调节发育神经元中胞吐作用的分子机制。

项目成果

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