Endosome regulated photoreceptor protein trafficking

内体调节光感受器蛋白运输

• 批准号: 9915929
• 负责人: CHING-HWA SUNG
• 金额: $ 42.38万
• 依托单位: WEILL MEDICAL COLL OF CORNELL UNIV
• 依托单位国家: 美国
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 美国
• 起止时间: 2018-08-01 至 2022-04-30
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://reporter.nih.gov/project-details/9915929
• 关键词: 3-Dimensional; Address; Adult; Affect; Age; Animal Model; Binding; Biogenesis; Biological Assay; Blindness; Cell Death; Cells; Cellular Stress; Complex; Confocal Microscopy; Critical Pathways; Defect; Destinations; Development; Disease; Disease model; Early Endosome; Electron Microscopy; Endoplasmic Reticulum; Endosomes; Etiology; Excision; Gene Deletion; Genes; Genetic; Genetic Heterogeneity; Goals; Golgi Apparatus; Homeostasis; Human; Individual; Investigation; Knowledge; Lead; Light; Literature; MADHIP gene; Mass Spectrum Analysis; Membrane; Methods; Modeling; Molecular; Morphogenesis; Mus; Mutation; Neurons; Night Blindness; Organelles; Pathologic; Pathology; Pathway interactions; Patients; Peripheral; Phenotype; Photoreceptors; Physiological; Play; Presynaptic Terminals; Process; Proteins; Proteomics; Research; Resolution; Resources; Retina; Retinal Degeneration; Retinal Dystrophy; Retinitis Pigmentosa; Rhodopsin; Rod; Role; Route; Scanning Electron Microscopy; Signal Transduction; Site; Smad Proteins; Sorting - Cell Movement; Structure; System; Techniques; Testing; Time; Tracer; Transgenes; Vision; base; cell type; effective therapy; extracellular; fly; improved; in vivo; inducible gene expression; innovation; insight; legally blind; mouse model; mutant; neuropathology; novel; novel therapeutics; protein complex; protein transport; proteostasis; response; retinal rods; success; synaptic function; therapy design; trafficking; uptake; vector

PROJECT SUMMARY     Retinitis pigmentosa (RP) causes irreversible blindness in individuals of all ages. It affects ~1 in 3,500 people  worldwide. While RP is initially characterized by night blindness and peripheral vision loss, most RP patients  lose their central vision and become legally blind by the age of 40. There is no treatment to slow or stop  vision loss. Mislocalization of the light-­absorbing protein rhodopsin in the rods is a common hallmark shared  by many animal models of RP. The long-­term objective of this application is to dissect the molecular pathway  that underlies the sorting and delivery of the rhodopsin and determine its disease relevance. This information  will accelerate the discovery of new treatments for RP and other retinal degenerative diseases. In the  mammalian rods, which are highly compartmentalized, rhodopsin is synthesized in the biosynthetic  organelles confined to the inner segment. Rhodopsin is then vectorially delivered to and concentrated in the  outer segment (OS). While rhodopsin’s trafficking through the endoplasmic reticulum-­Golgi pathway has  been investigated, the importance of the endosome in rhodopsin’s OS targeting is unclear. In many other cell  types, the endosome s erves as a key sorting station for proteins at the crossroads of multiple intracellular  trafficking pathways. Prolonged endosomal accumulation of fly rhodopsin has been shown to lead to light-­ dependent retinal degeneration. Our preliminary results showed that the newly-­synthesized rhodopsin  transits through the endosomal compartments in mouse rods in vivo. The OS targeting signal of the  rhodopsin binds to an early endosome-­specific protein, SARA. SARA deficiency in mouse rods not only  causes rhodopsin mislocalization but also several other cellular defects in the endolysosomal system. In this  application, we will test the central hypothesis that in mammalian rods the trans-­endosomal pathway critically  regulates the fidelity and the efficiency of the OS targeting of rhodopsin. First, we will address whether the  RP mutant rhodopsins are retained in the endosomes abnormally during their transit to the OS, and whether  this defect perturbs the homeostasis of other endomembranes (Aim1). We will generate multiple,  complementary mouse models to examine the role of the trans-­endosomal pathway in the morphogenesis of  the OS and its rhodopsin expression (Aim2). We will also profile the rod proteins that transit through the  endosomal system and characterize their interaction with key endosomal trafficking regulators (Aim3). We  will achieve these aims by applying state-­of-­the-­art techniques such as rod-­specific inducible gene  expression and gene deletion, super-­resolution confocal microscopy, correlative light-­electron microscopy,  and 3D scanning electron microscopy. By providing mechanistic insights on photoreceptor protein trafficking  and OS biogenesis, this research will contribute to the development of new therapies for RP and related  diseases.

项目摘要   色素性视网膜炎（RP）在所有年龄段的个体中引起不可逆的失明。它影响了3500人中的约1人 全世界。最初，RP以夜失明和外围视力丧失为特征，但大多数RP患者 失去中央视力并在40岁时在法律上成为盲目的盲目。 视力丧失。杆中吸收光蛋白视紫红蛋白的失误是共同的标志 由RP的许多动物模型。该应用的长期目标是剖析分子途径 这是视紫红质的分类和递送并确定其疾病相关性的基础。此信息 将加速发现RP和其他永久退行性疾病的新疗法。在 哺乳动物棒，高度分室化的，视紫红质是在生物合成中合成的 细胞器仅限于内部段。然后将视紫红质载入于 外部段（OS）。虽然Rhodopsin在内质网中贩运的途径已有 对我们进行了调查，尚不清楚内体在视紫红质OS靶向中的重要性。在许多其他细胞中 类型，内体作为多个细胞内十字路口的蛋白质的关键分类站 贩运途径。长时间的蝇视紫红蛋白的内体积累已显示出光线 依赖性视网膜变性。我们的初步结果表明，新合成的视紫红质 通过体内的老鼠杆中的内体公司过渡。 OS目标信号 Rhodopsin与早期内体特异性蛋白Sara结合。小鼠杆的萨拉缺乏不仅 导致视紫红质的错误定位，但也引起内溶性系统中其他几种细胞缺陷。在这个 应用，我们将测试中心假设，即在哺乳动物杆上进行反尾式途径 调节视紫红蛋白的OS靶向的保真度和效率。首先，我们将解决是否 RP突变的视紫红蛋白保留在传输过程中的内体中，以及是否保留 这种缺陷伴随着其他内膜的稳态（AIM1）。我们将生成多个 互补的小鼠模型检查了跨内体途径在形态发生中的作用 OS及其视紫红质的表达（AIM2）。我们还将介绍通过该杆的杆蛋白 内体系统并表征其与关键内体贩运调节剂的相互作用（AIM3）。我们 将通过应用最新技术（例如杆特异性诱导基因）来实现这些目标 表达和基因缺失，超分辨率共聚焦显微镜，相关光电子显微镜， 和3D扫描电子显微镜。通过提供有关光感受器蛋白运输的机械见解 和OS生物发生，这项研究将有助于开发RP和相关的新疗法 疾病。