Signal Integration from Membranes to the Actin Cytoskeleton

从膜到肌动蛋白细胞骨架的信号整合

• 批准号: 9982353
• 负责人: Baoyu Chen
• 金额: $ 37.55万
• 依托单位: IOWA STATE UNIVERSITY
• 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 2023-07-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://reporter.nih.gov/project-details/9982353
• 关键词: Actins; Area; Binding; Biochemical; Biochemistry; Biological Process; Biology; Cellular biology; Complex; Cytoskeleton; Data; Defect; Developmental Biology; Disease; Eukaryotic Cell; Family; Foundations; Glutamate Receptor; Guanosine Triphosphate Phosphohydrolases; Immunologic Deficiency Syndromes; Immunology; Individual; Infection; Knowledge; Ligands; Link; Malignant Neoplasms; Mediating; Membrane; Neoplasm Metastasis; Neurons; Neurosciences; Play; Polymers; Process; Recombinants; Regulation; Research; Role; Signal Pathway; Signal Transduction; Site; Structure; System; Therapeutic; Vesicle; Work; cell motility; kainate; nervous system disorder; novel; pathogen; receptor; reconstitution; targeted treatment; trafficking

Signaling from membranes to the actin cytoskeleton underpins a myriad of processes, such as cell migration  and vesicle trafficking, and its dysregulation leads to various diseases, including cancer and neurological dis-­ orders. The WAVE Regulatory Complex (WRC) of ~400 kDa plays a central role in linking membrane signals  to the actin cytoskeleton throughout biology. The WRC alone is autoinhibited, but a large variety of membrane  ligands can activate the complex through direct interactions, which, in turn, stimulates the Arp2/3 complex to  polymerize actin. These ligands include the GTPases Rac1 and Arf1, and over 100 different membrane pro-­ teins previously identified by the applicant. Despite this long list of WRC ligands and their broad biological func-­ tions, it remains unknown how these membrane molecules, individually or cooperatively, control WRC’s activity  and thereby actin assembly. One major challenge is to biochemically reconstitute the multivalent, weak interac-­ tions of the WRC with its ligands, especially with its canonical activators Rac1 and Arf1. Preliminary data  demonstrate that it is now possible to reconstitute stable WRC/ligand complexes by using recombinant materi-­ al and by different tethering strategies. The unique access to such material will enable determination of the bi-­ ochemical and structural mechanisms mediating WRC activation. Preliminary data suggest that activation of  the WRC requires simultaneous binding of two Rac1 molecules at two distinct sites and that the activation is  enhanced by a third interaction with Arf1. Other membrane ligands may further modulate the activation by in-­ teractions at additional, distinct sites. My lab will target three major aspects of WRC activation by biochemical  and structural approaches. Project 1 will determine the structure of the WRC simultaneously bound to two  Rac1 molecules. This will reveal the first activated structure of the WRC and will provide a mechanistic frame-­ work for understanding WRC activation. Project 2 will combine biochemical and structural approaches to define  how the WRC is activated by Arf1 and how Arf1 and Rac1 act cooperatively to optimize activation. This will re-­ veal new mechanisms of WRC activation and open new avenues for understanding actin regulation in many  processes controlled by the Arf family of GTPases. Project 3 will discover novel interaction mechanisms of the  WRC with three newly identified membrane ligands, including the claudin-­like receptor HPO-­30, the neuronal  receptor Retrolinkin, and the kainate family of glutamate receptors. This will reveal new modes of actin regula-­ tion mediated by membrane receptors and the WRC. Together, by generating previously unattainable material  and by closely integrating quantitative biochemistry and structural approaches, successful completion of this  work will provide a comprehensive, unifying framework for understanding WRC activation, knowledge that will  be broadly applicable to many different cellular systems and biological processes widely regulated by this sig-­ naling hub and its many ligands. Our work will also provide new structural targets for therapeutics and will have  a broad impact in areas ranging from cell biology and immunology to neuroscience and developmental biology.

从细胞膜到肌动蛋白的信号转导是细胞骨架的基础，也是无数过程的基础，例如细胞迁移。 而膀胱的贩运、破坏及其调节失调导致了各种疾病的发生，包括癌症和神经系统疾病。 订单。大约400 kDa的监管机构复合体(WRC)在连接膜信号方面发挥着核心作用。 为了研究肌动蛋白，细胞骨架在整个生物学中都是存在的。然而，只有肌动蛋白是一种自我抑制的细胞，而是一种种类繁多的细胞膜。 配体可以通过直接的相互作用来激活Arp2/3复合体，进而刺激Arp2/3复合体的结合。 聚合肌动蛋白。这些配体包括Rac1的GTP酶和Arf1的GTP酶，以及100多种不同的膜。 Teins之前是由第一个申请者确定的。尽管有一长串WRC配体的名单，但它们具有广泛的生物学功能-- 然而，目前尚不清楚这些膜分子是如何单独作用或协同作用来控制WRC的活动的。 从而促进肌动蛋白的组装。一个主要的挑战是从生物化学上重建多价的、弱的相互作用。 WRC与其主要配体的合作，特别是与其最具典范的激活剂rac1和Arf1的合作。提供了初步数据。 证明现在有可能通过使用重组材料来重建稳定的WRC/配体复合体。 通过不同的国家和地区的战略。这一独一无二的国家获取此类材料的渠道将使人们能够下定决心，建立起两国关系。 化学反应和结构调控机制介导了WRC的激活。初步的数据显示，WRC的激活可能与WRC的激活有关。 新的WRC规则要求在至少两个不同的结合位点同时结合两个不同的Rac1分子，而这两个结合位点是不同的。 通过与Arf1进行三分之一的相互作用来增强细胞活性。其他膜和配体可能还会进一步调节的激活过程。 这些行动是在其他不同的地点进行的。我的实验室将针对生物化学激活WRC的三个主要方面。 并提出了结构调整的方法。第一个项目将同时决定两个项目的结构方案。 ···本次展览将进一步揭示世界上首个被激活的WRC的结构模型，并将为我们提供一个全新的机械式结构框架 为更好地理解WRC的激活而努力。第二个项目将把生化技术和结构分析方法结合起来，以更好地定义环境。 如何通过Arf1来激活WRC，以及Arf1和rac1如何协同工作，以进一步优化激活。这个问题将重新讨论 小牛肉为肌动蛋白的激活提供了新的机制，并为进一步了解肌动蛋白的调控开辟了新的途径。 过程由GTPase家族成员Arf家族成员控制。该项目将发现GTP酶家族成员之间新颖的相互作用和机制。 WRC发现，最近发现的三种新发现的神经细胞膜上的配体，包括敲击蛋白样受体HPO-30，是神经细胞的。 受体Retrolinkin是谷氨酸转运蛋白受体家族成员。这项研究将进一步揭示肌动蛋白调节蛋白的新的作用模式。 转录是通过膜和受体介导的，通过产生以前无法获得的物质而共同完成的。 并通过将定量、生物化学和结构分析方法紧密结合起来，成功地完成了今年的任务。 这项工作还将为我们提供一个全面的、统一的框架体系，以便更好地理解WRC的激活，以及我们将提供的知识。 将广泛适用于许多不同的细胞免疫系统，以及通过本协议广泛规范的生物免疫过程。 纳岭是我们的枢纽，也是它的众多配体。我们的工作团队也将为我们的治疗提供新的、更具结构性的靶点。 从细胞学、生物学和免疫学到神经科学和发育生物学，在许多领域都产生了广泛的影响。