Regulation of Arf GTPase activation at the Golgi complex

高尔基复合体 Arf GTP 酶激活的调节

基本信息

  • 批准号:
    9415454
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 31.1万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2012
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2012-02-01 至 2021-01-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Project Summary/Abstract The Golgi complex is the central sorting station for nearly a third of all proteins in eukaryotic cells, but how cells regulate the complex flow of material through this organelle remains largely unknown. Protein and membrane traffic at the Golgi is controlled by Arf GTPases that function by recruiting effectors to make outgoing vesicles and tether incoming vesicles. The master regulators that activate Arf GTPase pathways are Arf-GEFs (guanine nucleotide exchange factors). In order to understand the molecular logic of Golgi trafficking, we must understand how the Golgi Arf-GEFs are regulated to make the molecular decision of where and when to activate their substrate Arf proteins. We have uncovered regulatory mechanisms that govern the function of the trans-Golgi network (TGN)-localized Arf-GEF, Sec7. We discovered that Sec7 can switch between autoinhibited and activated states, and is regulated by direct interactions with the activated forms of four different Golgi GTPases: Ypt31/32 (Rab11), Ypt1 (Rab1), Arl1, and Arf1. This collection of interactions represents a previously unappreciated level of crosstalk between these prominent Golgi GTPase pathways. Key questions remain regarding the biochemical basis for Sec7 regulation and the cell biology underpinning these interactions. Furthermore, we have determined that Gea1 and Gea2, the Arf-GEFs that localize to early Golgi compartments, are regulated through mechanisms that are distinct from those of Sec7. Our long-term goal is to determine how cells regulate trafficking at the Golgi complex. In order to both broaden and deepen our mechanistic understanding of the regulation of Arf activation at the Golgi, we propose the following Aims for this project: 1) Investigate the intra-molecular and inter-molecular interactions that regulate Sec7. We will use our established in vitro assays to characterize a newly identified functional link between distinct Sec7 regulatory domains. Using a new assay for measuring Sec7 activity in vivo, we will explore the possibilities that Sec7 integrates multiple GTPase signals and can sense and respond to changes in Golgi cargo load. We will perform an intragenic suppressor screen to identify new functional connections between Sec7 regulatory domains. Finally, we will seek additional structural information regarding the Sec7 C-terminal regulatory domains. 2) Determine the mechanisms regulating localization and activity of the early-Golgi Arf-GEFs Gea1/2. In order to understand how trafficking is regulated at the early- Golgi, we will perform a comprehensive investigation of the mechanisms regulating Gea1/2 membrane localization and activity. We will utilize chimeras and temperature sensitive-mutants to identify and characterize the regions of Gea1/2 regulating localization and activity. We will combine in vitro and in vivo approaches to characterize the roles of Gea1/2 binding partners. Finally, we will seek structural information to explain the basis for Gea1/2 regulation. We expect the outcome of these studies will be new and refined mechanistic models for regulation of trafficking at the Golgi complex.
项目总结/摘要 高尔基复合体是真核细胞中近三分之一蛋白质的中央分选站, 细胞如何调节物质通过这个细胞器的复杂流动,在很大程度上仍然是未知的。蛋白质和 高尔基体的膜运输由Arf GTP酶控制,其功能是招募效应子, 传出的囊泡和束缚传入的囊泡。激活Arf GT3通路的主要调节因子是 Arf-GEFs(鸟嘌呤核苷酸交换因子)。为了理解高尔基体的分子逻辑 为了防止这种贩运,我们必须了解高尔基体Arf-GEFs是如何被调节的,以做出分子决定, 在何时何地激活其底物Arf蛋白。我们已经发现了监管机制, 支配的功能的trans-Golgi网络(TGN)本地化的Arf-GEF,Sec 7。我们发现Sec 7可以 在自动抑制和激活状态之间切换,并通过与激活的 四种不同的高尔基体GTP酶:Ypt 31/32(Rab 11),Ypt 1(Rab 1),Arl 1和Arf 1。这一系列的 这种相互作用代表了这些突出的高尔基体GT3之间以前未被重视的串扰水平, 途径。关于Sec 7调节的生化基础和细胞生物学的关键问题仍然存在 这些互动的基础。此外,我们已经确定Gea 1和Gea 2, 定位于早期高尔基体隔室,通过与Sec 7不同的机制进行调节。 我们的长期目标是确定细胞如何调节高尔基复合体的运输。为了既 拓宽和深化我们对高尔基体Arf激活调节机制的理解,我们 本课题的主要目的是:1)研究分子内和分子间的相互作用 调节Sec 7的相互作用。我们将使用我们建立的体外试验来表征一种新发现的 不同Sec 7调节结构域之间的功能联系。使用一种新的测定方法测量Sec 7活性, 在体内,我们将探索Sec 7整合多种GT3信号并能够感知和响应的可能性。 高尔基体货物装载量的变化。我们将进行基因内抑制筛选,以确定新的功能 Sec 7监管领域之间的联系。最后,我们将寻求更多的结构信息 关于Sec 7 C-末端调控域。2)确定管理本地化的机制, 早期高尔基体Arf-GEFs Gea 1/2的活性。为了了解如何在早期对贩运进行管制, 高尔基体,我们将进行一个全面的调查机制调控Gea 1/2膜 定位和活动。我们将利用嵌合体和温度敏感突变体来识别和 描述Gea 1/2调节定位和活性的区域。我们将体外和体内联合收割机 方法来表征Gea 1/2结合伙伴的作用。最后,我们将寻求结构信息, 解释Gea 1/2法规的依据。我们希望这些研究的结果将是新的和完善的 调节高尔基复合体贩运的机制模型。

项目成果

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