GABA activation of the M-current

M 电流的 GABA 激活

基本信息

  • 批准号:
    10330997
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 33.8万
  • 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:
    2019-03-01 至 2024-01-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Pentameric ligand-gated ion channels (LGICs) are activated by neurotransmitter binding to highly specialized, inter-subunit, extracellular binding pockets. In contrast, voltage-gated potassium (Kv) channels are activated by membrane depolarization, electromechanically communicated by the voltage sensor to the pore module. Kv channels composed of KCNQ2/3 heteromers generate the neuronal M-current, a ubiquitous and essential hyperpolarizing K+ current controlling excitability in mammalian CNS. This proposal is based on our recent discovery that KCNQ2/3 channels are directly activated by γ-aminobutyric acid (GABA), the primary inhibitory neurotransmitter in vertebrate CNS, with sensitivity comparable to that of the most sensitive α/β/γ GABAA receptor LGICs. In contrast, the excitatory neurotransmitter glutamate, which is structurally related to GABA, has no effect on KCNQ2/3 activity. We have identified the KCNQ2/3 GABA binding site as KCNQ3-W265, and find the position is highly conserved in deuterostome clades, present in some Cnidarians, but absent in protostomes; it is also absent from cardiac-expressed KCNQ1. In addition, we have found that GABA analogs and metabolites exhibit similar structure-activity relationships (SARs) for KCNQ2/3 channel activation and anticonvulsant activity. The metabolites include β-hydroxybutyrate (BHB), the primary ketone body produced in response to fasting or ketogenic diets, which protect against seizures. We find that BHB is a potent KCNQ2/3 activator and anticonvulsant, uncovering a molecular target for the therapeutic effects of ketosis. Our findings show that despite their wide structural disparity, GABA activates both principal classes of inhibitory ion channels in vertebrate neurons, creating a new paradigm for regulation of Kv channel gating and inhibitory neurotransmission. We propose three Specific Aims directed towards a fuller understanding of the mechanisms, breadth and scope underlying this novel signaling modality. In Aim 1 we will elucidate the molecular requirements for GABA and BHB regulation of KCNQ channels and when this capability evolved. In Aim 2 we will define the KCNQ binding sites of key GABA analogs and metabolites we recently discovered to also activate KCNQs, and leverage synergy between these compounds to develop optimized, potent anticonvulsants. In Aim 3, we will utilize newly CRISPR-Cas9 generated mice bearing germline mutations in the KCNQ3 & 5 GABA/BHB binding sites to determine the importance and KCNQ isoform-dependence of the anticonvulsant actions of BHB and the ketogenic diet. We will then use cellular electrophysiological analysis to quantify the age- and KCNQ-isoform dependence of GABA and BHB modulation of native M-current and neuronal excitability. The project will thoroughly define the fundamental aspects of a novel, unexpected form of inhibitory neuronal signaling, with the dual goals of understanding its role in brain physiology and harnessing the knowledge to help develop advanced, safer therapeutics for epilepsy and other neurological disorders.
五聚体配体门控离子通道 (LGIC) 通过与高度专业化的神经递质结合而激活, 亚基间、细胞外结合袋。相反,电压门控钾 (Kv) 通道被激活 膜去极化,通过电压传感器以机电方式传送至孔模块。千伏 由 KCNQ2/3 异聚体组成的通道产生神经元 M 电流,这是一种普遍存在且必不可少的 超极化 K+ 电流控制哺乳动物中枢神经系统的兴奋性。这个建议是基于我们最近的 发现 KCNQ2/3 通道直接被主要抑制因子 γ-氨基丁酸 (GABA) 激活 脊椎动物 CNS 中的神经递质,其敏感性与最敏感的 α/β/γ GABAA 相当 受体 LGIC。相比之下,兴奋性神经递质谷氨酸,其结构与 GABA 相关, 对 KCNQ2/3 活性没有影响。我们已将 KCNQ2/3 GABA 结合位点鉴定为 KCNQ3-W265,并且 发现该位置在后口动物分支中高度保守,存在于一些刺胞动物中,但在 原口动物;心脏表达的 KCNQ1 中也不存在它。此外,我们还发现 GABA 类似物 和代谢物对于 KCNQ2/3 通道激活表现出相似的结构活性关系 (SAR) 抗惊厥活性。代谢物包括 β-羟基丁酸 (BHB),它是在 对禁食或生酮饮食的反应,可以预防癫痫发作。我们发现 BHB 是一种有效的 KCNQ2/3 激活剂和抗惊厥剂,揭示酮症治疗作用的分子靶标。我们的发现 表明尽管结构差异很大,GABA 仍能激活两类主要的抑制离子 脊椎动物神经元通道,创建 Kv 通道门控和抑制调节的新范例 神经传递。我们提出了三个具体目标,旨在更全面地了解 这种新颖的信号传导方式的机制、广度和范围。在目标 1 中,我们将阐明 GABA 和 BHB 调节 KCNQ 通道的分子要求以及这种能力何时进化。在 目标 2 我们将定义我们最近发现的关键 GABA 类似物和代谢物的 KCNQ 结合位点 还激活 KCNQ,并利用这些化合物之间的协同作用来开发优化的、有效的 抗惊厥药。在目标 3 中,我们将利用新的 CRISPR-Cas9 生成的携带种系突变的小鼠 KCNQ3 和 5 GABA/BHB 结合位点,以确定其重要性和 KCNQ 同工型依赖性 BHB 和生酮饮食的抗惊厥作用。然后我们将使用细胞电生理分析 量化 GABA 和 BHB 对天然 M 电流调节的年龄和 KCNQ 亚型依赖性 神经元的兴奋性。该项目将彻底定义一种新颖的、意想不到的形式的基本方面 抑制性神经元信号传导的研究,具有了解其在大脑生理学中的作用和利用其双重目标 帮助开发先进、更安全的癫痫和其他神经系统疾病疗法的知识。

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)

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Geoffrey W Abbott其他文献

Endogenous currents in HEK 293 cells are inhibited by memantine
美金刚抑制 HEK 293 细胞中的内源电流
  • DOI:
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    14.8
  • 作者:
    Neil L Harrison;Geoffrey W Abbott;Conor McClenaghan;Colin G Nichols;D. Cabrera
  • 通讯作者:
    D. Cabrera
Crucial role for Sodium Hydrogen Exchangers in SGLT2 inhibitor-induced arterial relaxations
钠氢交换剂在 SGLT2 抑制剂诱导的动脉舒张中的关键作用
  • DOI:
    10.1101/2023.12.05.570303
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Elizabeth A Forrester;Miguel Benítez;Kaitlyn E. Redford;Tamara Rosenbaum;Geoffrey W Abbott;V. Barrese;Kim A Dora;Anthony P Albert;J. Dannesboe;Isabelle Salles;T. A. Jepps;Iain A Greenwood
  • 通讯作者:
    Iain A Greenwood

Geoffrey W Abbott的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Geoffrey W Abbott', 18)}}的其他基金

GABA activation of the M-current
M 电流的 GABA 激活
  • 批准号:
    10119723
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 33.8万
  • 项目类别:
GABA activation of the M-current
M 电流的 GABA 激活
  • 批准号:
    10581546
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 33.8万
  • 项目类别:
GABA activation of the M-current
M 电流的 GABA 激活
  • 批准号:
    10084328
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 33.8万
  • 项目类别:
Ion Channel Transporter Interactions
离子通道转运体相互作用
  • 批准号:
    10091484
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 33.8万
  • 项目类别:
Ion Channel Transporter Interactions
离子通道转运体相互作用
  • 批准号:
    10713968
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 33.8万
  • 项目类别:
Ion Channel Transporter Interactions
离子通道转运体相互作用
  • 批准号:
    10557191
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 33.8万
  • 项目类别:
Discovering the function of a putative ion channel family linked to inherited diseases
发现与遗传性疾病相关的假定离子通道家族的功能
  • 批准号:
    9333887
  • 财政年份:
    2017
  • 资助金额:
    $ 33.8万
  • 项目类别:
Real-time potassium channel subunit dynamics
实时钾通道亚基动态
  • 批准号:
    9264256
  • 财政年份:
    2016
  • 资助金额:
    $ 33.8万
  • 项目类别:
Ion channel-transporter interactions
离子通道-转运体相互作用
  • 批准号:
    8913616
  • 财政年份:
    2015
  • 资助金额:
    $ 33.8万
  • 项目类别:
Ion channel-transporter interactions
离子通道-转运体相互作用
  • 批准号:
    9038388
  • 财政年份:
    2015
  • 资助金额:
    $ 33.8万
  • 项目类别:

相似国自然基金

靶向递送一氧化碳调控AGE-RAGE级联反应促进糖尿病创面愈合研究
  • 批准号:
    JCZRQN202500010
  • 批准年份:
    2025
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
对香豆酸抑制AGE-RAGE-Ang-1通路改善海马血管生成障碍发挥抗阿尔兹海默病作用
  • 批准号:
    2025JJ70209
  • 批准年份:
    2025
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
AGE-RAGE通路调控慢性胰腺炎纤维化进程的作用及分子机制
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2024
  • 资助金额:
    0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
甜茶抑制AGE-RAGE通路增强突触可塑性改善小鼠抑郁样行为
  • 批准号:
    2023JJ50274
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
蒙药额尔敦-乌日勒基础方调控AGE-RAGE信号通路改善术后认知功能障碍研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    33 万元
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
LncRNA GAS5在2型糖尿病动脉粥样硬化中对AGE-RAGE 信号通路上相关基因的调控作用及机制研究
  • 批准号:
    n/a
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    10.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
围绕GLP1-Arginine-AGE/RAGE轴构建探针组学方法探索大柴胡汤异病同治的效应机制
  • 批准号:
    81973577
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    55.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
AGE/RAGE通路microRNA编码基因多态性与2型糖尿病并发冠心病的关联研究
  • 批准号:
    81602908
  • 批准年份:
    2016
  • 资助金额:
    18.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
高血糖激活滑膜AGE-RAGE-PKC轴致骨关节炎易感的机制研究
  • 批准号:
    81501928
  • 批准年份:
    2015
  • 资助金额:
    18.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似海外基金

PROTEMO: Emotional Dynamics Of Protective Policies In An Age Of Insecurity
PROTEMO:不安全时代保护政​​策的情绪动态
  • 批准号:
    10108433
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 33.8万
  • 项目类别:
    EU-Funded
The role of dietary and blood proteins in the prevention and development of major age-related diseases
膳食和血液蛋白在预防和发展主要与年龄相关的疾病中的作用
  • 批准号:
    MR/X032809/1
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 33.8万
  • 项目类别:
    Fellowship
Atomic Anxiety in the New Nuclear Age: How Can Arms Control and Disarmament Reduce the Risk of Nuclear War?
新核时代的原子焦虑:军控与裁军如何降低核战争风险?
  • 批准号:
    MR/X034690/1
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 33.8万
  • 项目类别:
    Fellowship
Collaborative Research: Resolving the LGM ventilation age conundrum: New radiocarbon records from high sedimentation rate sites in the deep western Pacific
合作研究:解决LGM通风年龄难题:西太平洋深部高沉降率地点的新放射性碳记录
  • 批准号:
    2341426
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 33.8万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Collaborative Research: Resolving the LGM ventilation age conundrum: New radiocarbon records from high sedimentation rate sites in the deep western Pacific
合作研究:解决LGM通风年龄难题:西太平洋深部高沉降率地点的新放射性碳记录
  • 批准号:
    2341424
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 33.8万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Doctoral Dissertation Research: Effects of age of acquisition in emerging sign languages
博士论文研究:新兴手语习得年龄的影响
  • 批准号:
    2335955
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 33.8万
  • 项目类别:
    Standard Grant
The economics of (mis)information in the age of social media
社交媒体时代(错误)信息的经济学
  • 批准号:
    DP240103257
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 33.8万
  • 项目类别:
    Discovery Projects
How age & sex impact the transcriptional control of mammalian muscle growth
你多大
  • 批准号:
    DP240100408
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 33.8万
  • 项目类别:
    Discovery Projects
Supporting teachers and teaching in the age of Artificial Intelligence
支持人工智能时代的教师和教学
  • 批准号:
    DP240100111
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 33.8万
  • 项目类别:
    Discovery Projects
Enhancing Wahkohtowin (Kinship beyond the immediate family) Community-based models of care to reach and support Indigenous and racialized women of reproductive age and pregnant women in Canada for the prevention of congenital syphilis
加强 Wahkohtowin(直系亲属以外的亲属关系)以社区为基础的护理模式,以接触和支持加拿大的土著和种族育龄妇女以及孕妇,预防先天梅毒
  • 批准号:
    502786
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 33.8万
  • 项目类别:
    Directed Grant
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了