Regulation of protein transport in cilia

纤毛中蛋白质运输的调节

基本信息

  • 批准号:
    10356914
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 31.5万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2014
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2014-06-10 至 2024-02-29
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Project Summary Cilia and flagella are conserved microtubule-based cell extensions present on most cells in the mammalian body. In addition to their role in cell locomotion and fluid transport, cilia participate in cellular sensing and signaling. Over the past two decades, it has been established that numerous developmental anomalies and diseases are caused by dysfunctional cilia. The goal of our work is to understand how cells assemble and maintain cilia, which both require protein transfer between the cell body and the organelle. A key mechanism that determines the protein content of cilia is intraflagellar transport (IFT), a motor-based motility of large carriers (“IFT trains”) that move proteins in and out of cilia. We will use Chlamydomonas reinhardtii as a unicellular model to determine how IFT identifies proteins destined for the cilium and how the cells regulate the volume and timing of ciliary protein traffic. In Aim1, we will focus on the transport of tubulin, the main structural protein of cilia and flagella. The amount of tubulin and other axonemal proteins entering cilia on IFT trains is upregulated while cilia grow. Tubulin also enters cilia by diffusion and we will establish the quantitative contribution of each route in cilia assembly. We will determine if IFT54 is part of the previously characterized IFT74-IFT81 tubulin-binding module or if it forms an independent tubulin-binding site. All three proteins interact with tubulin via their tubulin-binding domains (TBDs). Isolated IFT complexes will be used to study if the TBDs undergo biochemical changes related to cargo binding and cilia length. We will attempt to map the TBDs on isolated IFT particles and we will study whether IFT particles undergo structural changes inside cilia potentially explaining the differences in cargo binding. We expect to gain insights into how cells regulate tubulin transport, which is critical for the timing of ciliogenesis and the regulation of ciliary length. In Aim 2, we will focus on the transport of proteins associated to the ciliary membrane by lipidation. Such proteins are critical for the sensory and signaling functions of cilia. Often, they enter and exit cilia to modulate signaling but the role of IFT in this traffic is mostly unknown. In cilia of C. reinhardtii mutants in BBS proteins or Arl13b, the patterns of membrane-associated proteins are severely affected. In humans, mutations in BBS proteins and Arl13b result in Bardet-Biedl syndrome (BBS) and Joubert syndrome, respectively. Both mutants show loss and abnormal accumulation of membrane-associated proteins in cilia, raising the question whether more than one route of transport is affected. We will use in vivo imaging to determine the role of IFT and diffusion in ciliary entry and export of proteins mislocalized in these mutants. We will test a hypothesis that initial ciliary defects caused directly by the bbs and arl13b mutations will induce additional biochemical defects increasingly impairing cilia over time.
项目摘要 纤毛和鞭毛是在大多数细胞上都存在的基于微管的细胞扩展 哺乳动物的身体。除了它们在细胞运动和液体转运中的作用外,纤毛还​​参与细胞 传感和信号传导。在过去的二十年中,已经确定了许多发展 异常和疾病是由功能失调的纤毛引起的。我们工作的目标是了解如何 细胞组装并维持纤毛,这两者都需要蛋白质在细胞体之间转移 细胞器。确定纤毛蛋白质含量的关键机制是flagellar transpers(ift),a 大型载体(“ IFT列车”)的基于运动的运动,将蛋白质移入和退出纤毛。我们将使用 衣原体reinhardtii是一个单细胞模型,以确定IFT如何识别注定的蛋白质 纤毛以及细胞如何调节纤毛蛋白质流量的体积和时机。在AIM1中,我们将集中精力 关于小管蛋白的运输,纤毛和鞭毛的主要结构蛋白。微管蛋白和 在纤毛生长的同时,对进入IFT火车上纤毛的其他轴突蛋白进行了更新。微管蛋白也进入 纤毛通过扩散,我们将建立纤毛组装中每条路线的定量贡献。我们将 确定IFT54是否是先前表征的IFT74-IFT81微管蛋白结合模块的一部分,还是它是否是 形成一个独立的小管蛋白结合位点。所有三种蛋白质都通过小管蛋白结合与微管蛋白相互作用 域(TBD)。分离的IFT复合物将用于研究TBD是否发生生化变化 与货物结合和纤毛长度有关。我们将尝试在孤立的IFT颗粒上绘制TBD,然后 我们将研究IFT颗粒是否经历纤毛内部的结构变化可能解释 货物结合的差异。我们希望能够了解细胞如何调节小管蛋白的转运,即 纤毛生成的时间和纤毛长度的调节至关重要。在AIM 2中,我们将专注于 通过脂质化与睫状膜相关的蛋白质的转运。这种蛋白质对 纤毛的感觉和信号传导功能。通常,他们进入并退出纤毛以调节信号,但角色 此流量中的IFT大多未知。在BBS蛋白或ARL13B中的Reinhardtii突变体的纤毛中 膜相关蛋白的模式受到严重影响。在人类中,BBS蛋白中的突变 和ARL13B分别导致Bardet-Biedl综合征(BBS)和Joubert综合征。两个突变体 显示纤毛中膜相关蛋白的损失和异常积累,提出了一个问题 是否影响多种运输途径。我们将使用体内成像来确定 IFT和扩散在这些突变体中被错误定位的纤毛进入和输出。我们将测试 假设直接由BB和ARL13B突变引起的初始睫状缺陷将引起 随着时间的推移,纤毛障碍损害的其他生化缺陷会增加。

项目成果

期刊论文数量(32)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Chlamydomonas Basal Bodies as Flagella Organizing Centers.
  • DOI:
    10.3390/cells7070079
  • 发表时间:
    2018-07-17
  • 期刊:
  • 影响因子:
    6
  • 作者:
    Wingfield JL;Lechtreck KF
  • 通讯作者:
    Lechtreck KF
Total internal reflection fluorescence microscopy of intraflagellar transport in Tetrahymena thermophila.
  • DOI:
    10.1016/bs.mcb.2015.01.001
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Jiang YY;Lechtreck K;Gaertig J
  • 通讯作者:
    Gaertig J
Wbm0076, a candidate effector protein of the Wolbachia endosymbiont of Brugia malayi, disrupts eukaryotic actin dynamics.
  • DOI:
    10.1371/journal.ppat.1010777
  • 发表时间:
    2023-02
  • 期刊:
  • 影响因子:
    6.7
  • 作者:
  • 通讯作者:
Chlamydomonas ARMC2/PF27 is an obligate cargo adapter for intraflagellar transport of radial spokes.
  • DOI:
    10.7554/elife.74993
  • 发表时间:
    2022-01-04
  • 期刊:
  • 影响因子:
    7.7
  • 作者:
    Lechtreck KF;Liu Y;Dai J;Alkhofash RA;Butler J;Alford L;Yang P
  • 通讯作者:
    Yang P
IFT-Cargo Interactions and Protein Transport in Cilia.
  • DOI:
    10.1016/j.tibs.2015.09.003
  • 发表时间:
    2015-12
  • 期刊:
  • 影响因子:
    13.8
  • 作者:
    Lechtreck KF
  • 通讯作者:
    Lechtreck KF
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