The Role of cAMP Signaling in Neuronal Primary Cilia

cAMP 信号传导在神经元初级纤毛中的作用

• 批准号: 9211722
• 负责人: Xuanmao Chen
• 金额: $ 20.96万
• 依托单位: UNIVERSITY OF NEW HAMPSHIRE
• 依托单位国家: 美国
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 美国
• 起止时间: 2017-08-01 至 2022-05-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://reporter.nih.gov/project-details/9211722
• 关键词: Ablation; Adenylate Cyclase; Anosmia; Area; Biomedical Engineering; Brain; Carrier Proteins; Cilia; Cognitive deficits; Cyclic AMP; Cyclic AMP-Dependent Protein Kinases; Defect; Disease; Enzymes; Future; Gene Expression; Generations; Genes; Genetic; Genetic Engineering; Genetic study; Goals; Golf; Hormones; Human; Human Genetics; Hypothalamic structure; Impairment; Infertility; Intervention; Knockout Mice; Label; Light; LoxP-flanked allele; Major Depressive Disorder; Mass Spectrum Analysis; Mediating; Mental Depression; Methods; Molecular; Mood Disorders; Mus; Neuraxis; Neurons; Obesity; Odors; Organelles; Pathway interactions; Phenotype; Physiological; Polymers; Proteins; Proteomics; Research; Rodent; Role; Sensory; Serotonin; Signal Pathway; Signal Transduction; Signal Transduction Pathway; Signaling Protein; Sleep; Smell Perception; System; Testing; Tissues; adenylyl cyclase III; base; ciliopathy; cyclic-nucleotide gated ion channels; desensitization; energy balance; experimental study; extracellular; human disease; improved; insight; nanoparticle; novel; olfactory sensory neurons; optogenetics; protein transport; receptor; therapy design; tool

PROJECT SUMMARY (CHEN, JI)    Primary cilia are the “cellular antennae” that detect various extracellular signals including hormones. Defects in  primary cilia cause a broad spectrum of human diseases including obesity. The type 3 adenylyl cyclase (AC3)  is the major adenylyl cyclase and a key enzyme mediating the cAMP signal pathway in olfactory sensory cilia  and in primary cilia throughout the central nervous system (CNS). AC3 in olfactory sensory cilia is essential for  the olfactory signal transduction and loss of AC3 leads to anosmia (loss of smell). Moreover, multiple genetic  evidence has demonstrated that defects in AC3 are associated with obesity and depression. Nevertheless, the  functional mechanisms of AC3, and the signaling transduction pathway in primary cilia in the CNS remain to be  elucidated. Because olfactory sensory cilia and neuronal primary cilia are structurally related and share a  common intraflagellar protein transport system, we hypothesize that the cAMP signaling in the primary cilia of  CNS neurons resembles that in olfactory sensory cilia and alteration of this signaling in neuronal primary cilia  impacts obesity and depression. To test this hypothesis, we will first use fluorescent nanoparticles in co-­ immnunostaining experiments and take a mass spectrometry based proteomic approach to identify signal  proteins that transduce the cAMP signaling in the primary cilia of CNS neurons. We will next genetically  engineer a light-­activated adenylyl cyclase into primary cilia to enable optogenetic manipulation of cAMP level  in neuronal primary cilia. We will also determine how cAMP in neuronal primary cilia modulate neuronal  functions. In addition, we will further identify which neuronal ensembles with loss of AC3 leads to obesity and  depression using tissue-­specific AC3 knockout mice. Completion of this project will identify molecular  components that mediate ciliary cAMP signal transduction, generate useful tools for cilium research, and  provide novel insights into the (patho-­)physiological roles of AC3 in obesity and depression.

项目总结：(陈、陈吉)。 -- 原生纤毛是最常见的“细胞触角”，可以检测到包括激素在内的各种细胞外信号。 原发纤毛可引起包括肥胖在内的一系列人类常见疾病，如A3型腺苷脱氢酶(AC3)。 是嗅觉纤毛中最主要的腺苷酸环化酶，也是介导cAMP信号转导通路的关键酶。 而初级纤毛分布于中枢神经系统(CNS)，AC3分布于嗅觉系统和感觉纤毛，是中枢神经系统(CNS)的重要组成部分。 嗅觉异常、信号转导障碍和AC3基因缺失导致嗅觉障碍(嗅觉缺失)。此外，还存在多种遗传缺陷。 有证据表明，AC3基因缺陷与肥胖和抑郁症密切相关。然而，这一缺陷仍然存在。 中枢神经系统初级纤毛细胞中AC3的功能机制和信号转导通路的作用机制有待进一步研究。 阐明。这是因为嗅觉纤毛和神经元纤毛在结构上是相互关联的，它们是共同的。 常见的鞭毛内蛋白质和运输系统，我们假设这一信号阵营是在毛囊的主要纤毛结构中产生的。 中枢神经系统的神经元类似于嗅觉和感觉纤毛中的神经元，以及神经元和初级纤毛中信号的改变。 对肥胖和抑郁症的影响。为了检验这一假说，我们将首先在研究中使用荧光纳米颗粒。 免疫染色实验采用了一种基于蛋白质组学方法的质谱学方法来识别信号。 可以在中枢神经系统神经元的主要纤毛细胞中传递信号的蛋白质。我们将在下一步从基因上进行研究。 工程师将一种光激活的腺苷酸环化酶转化为初级纤毛，以实现营地水平的光遗传基因操纵。 在神经元和初级纤毛中，我们还将继续确定神经元和初级纤毛中的cAMP是如何调节神经元的。 功能。此外，我们还将进一步确定哪些神经元信号群与AC3基因丢失有关，从而导致肥胖。 抑郁症是在小鼠身上使用组织特异性的AC3基因敲除。这个新项目的完成日期将无法确定其分子水平。 这些组件可以调节纤毛信号转导，为纤毛的研究、治疗和治疗提供有用的辅助工具。 为研究AC3基因在肥胖和抑郁症中的(病理)生理学作用提供了一个新颖的见解。