Targeted Engineering of Designer Arrestins to Regulate Cell Signaling
设计抑制蛋白的靶向工程以调节细胞信号传导
基本信息
- 批准号:9275751
- 负责人:
- 金额:$ 34.14万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2017
- 资助国家:美国
- 起止时间:2017-05-01 至 2022-04-30
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:ApoptoticArrestinsBindingBiochemistryBiological AssayBiophysicsCell DeathCell ProliferationCell SurvivalCellsCessation of lifeComplexCrystallizationDataDevelopmentDiseaseDopamine D1 ReceptorElementsEngineeringFamilyG Protein-Coupled Receptor SignalingG-Protein-Coupled ReceptorsG-substrateGTP-Binding ProteinsHumanLevodopaMAPK3 geneMAPK8 geneMalignant NeoplasmsMediatingMitogen-Activated Protein KinasesMolecularMolecular ConformationMusNeurodegenerative DisordersParkinson DiseasePathway interactionsPeptidesPhosphotransferasesPlayRoleSignal TransductionSpecificityStructureTestingTherapeuticX-Ray Crystallographyarrestin3basebehavioral sensitizationexperimental studymouse modelmutantnon-visual arrestinsnovelpreferencereceptorreceptor bindingscaffoldtool
项目摘要
PROJECT SUMMARY
Arrestins were discovered as negative regulators of G protein-coupled receptor (GPCR) signaling via G
proteins. New data show that the free and receptor-bound arrestins initiate signaling through MAP
kinases, which regulate cell death, survival, and proliferation. For example, free and receptor-bound
arrestin-3 scaffolds ASK1-MKK4/7-JNK1/2/3 cascades, promoting the activation of JNK family kinases.
The two non-visual arrestins interact with ~800 different GPCRs in humans. We propose to identify
arrestin elements responsible for receptor specificity, and elucidate the structural basis of the assembly
of multi-protein signaling complexes (signalosomes) organized by arrestins. Our new crystal structure of
arrestin-3 in the presence of an abundant cytoplasmic molecule IP6 revealed receptor-bound-like (active)
conformation of arrestin-3. The ability of arrestin-3 to assume this conformation in the absence of GPCRs
likely explains receptor-independent scaffolding activity of arrestin-3. We identified arrestin-3 elements
critical for JNK and ERK activation, as well as conformational requirements of distinct branches of
arrestin-mediated signaling. We constructed arrestin-3 mutants that bind ASK1, MKK and JNK, but do
not promote JNK activation and identified short arrestin-3 peptides that enhance or suppress JNK activity
in cells. We will test the potential of signaling-biased arrestins and arrestin-derived molecular tools to
facilitate cell death or survival. Molecular tools that specifically increase or block pro-apoptotic signaling
have therapeutic potential in disorders associated with excessive cell proliferation (e.g., cancer) or death
(e.g., neurodegenerative diseases). Using arrestin-3 mutant specific for dopamine D1 receptor we
showed that arrestin-mediated signaling from D1 plays a role in the behavioral sensitization to L-DOPA
and development of L-DOPA-induced diskinesia in mouse model of Parkinson’s disease, but other
GPCRs also contribute to these phenomena. We believe that signaling-biased arrestins and
arrestinbased molecular tools with specific functional capability will help elucidate the intricacies of
cellular signaling and yield novel potent therapeutic tools.
项目摘要
抑制蛋白是G蛋白偶联受体(GPCR)信号的负调节因子,通过G
proteins.新的数据表明,游离和受体结合的抑制蛋白通过MAP启动信号传导,
激酶,其调节细胞死亡、存活和增殖。例如,自由和受体结合
抑制蛋白-3支架ASK 1-MKK 4/7-JNK 1/2/3级联,促进JNK家族激酶的活化。
这两种非视觉抑制蛋白与人类约800种不同的GPCR相互作用。我们建议确定
负责受体特异性的arrestin元件,并阐明组装的结构基础
由抑制蛋白组织的多蛋白信号复合物(信号体)。我们的新晶体结构
抑制蛋白-3在丰富的细胞质分子IP 6的存在下显示受体结合样(活性)
arrestin-3的构象。抑制蛋白-3在GPCR不存在下呈现这种构象的能力
可能解释了抑制蛋白-3的受体非依赖性支架活性。我们鉴定了arrestin-3元件
对于JNK和ERK激活以及不同分支的构象要求至关重要。
抑制蛋白介导的信号传导。我们构建了结合ASK 1、MKK和JNK的arrestin-3突变体,但它们不能结合。
不促进JNK激活并鉴定出增强或抑制JNK活性的短抑制蛋白-3肽
在细胞中。我们将测试信号偏置抑制蛋白和抑制蛋白衍生的分子工具的潜力,
促进细胞死亡或存活。特异性增加或阻断促凋亡信号传导的分子工具
在与过度细胞增殖相关的疾病中具有治疗潜力(例如,癌症)或死亡
(e.g.,神经变性疾病)。使用多巴胺D1受体特异性抑制蛋白-3突变体,
显示来自D1的抑制蛋白介导的信号传导在对L-DOPA的行为敏化中起作用
和帕金森病小鼠模型中L-DOPA诱导的运动障碍的发展,但其他
GPCR也导致了这些现象。我们相信信号偏差逮捕和
具有特定功能的基于抑制蛋白的分子工具将有助于阐明
细胞信号传导并产生新的有效治疗工具。
项目成果
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