Functional analysis of KCNK12 in dopaminergic neuroprotection

KCNK12在多巴胺能神经保护中的功能分析

基本信息

  • 批准号:
    10665836
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 14.36万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2023-06-01 至 2025-05-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Project Summary/Abstract Two-pore domain K+ channels (K2P) facilitate background leak K+ currents that regulate resting membrane potential. Fifteen K2P family members have been described in mammals; only two appear on the “Illuminating the Druggable Genome” list of understudied proteins, including KCNK12. As a fortuitous outcome of random mutagenesis screening in the roundworm Caenorhabditis elegans, we recently identified the C. elegans homolog of KCNK12, termed TWK-14, in a forward genetic screen for effectors of the mitochondrial unfolded protein response (UPRmt). Our group previously demonstrated how the UPRmt, which is restorative following acute stressors such as toxins, becomes dysregulated when experiencing chronic activation. Specifically, we showed that the intrinsically disordered protein, a-synuclein (a-syn), a primary pathologic factor in Parkinson’s disease (PD), chronically activates the UPRmt, resulting in the progressive neurodegeneration of C. elegans dopamine neurons (Martinez et al., 2017). Our discovery of twk-14 as encoding an inherently neuroprotective suppressor of dopaminergic neurodegeneration, establishes a physiologically relevant foundation for further investigation of the unresolved function of KCNK12. Like KCNK12, twk-14 expression is limited to neurons. The defined connectome map of C. elegans localizes TWK-14 to select sensory neurons of the head, in a postsynaptic position within the dopaminergic circuitry. In this R03 proposal, we will explore KCNK12/TWK-14 function using dopaminergic neurodegeneration in C. elegans as a phenotypic readout. In Aim 1, neuron- specific transgenic expression of KCNK12, in combination with a systematic genetic analysis of 30 candidate interactors of KCNK12/TWK-14 identified by database mining of Pharos and related resources, will be conducted to uncover modifiers of KCNK12-associated protection of C. elegans dopamine neurons. Outcomes of this analysis will illuminate a cell biological role(s) for this K2P, in vivo. In Aim 2, we will refine understanding of the newfound modulatory role of KCNK12/TWK-14 within the defined C. elegans dopaminergic circuitry. We explore a hypothesis whereby the loss of K2P channel regulation in the postsynaptic neurons of twk-14 mutants disrupts an inherently neuroprotective synaptic feedback loop required for proper neuropeptide signaling in the maintanence of dopamine homeostasis. Here we will parse the relative impact of putative components of this proposed mechanism through rigorous quantification of neurodegeneration, at the single neuron level, in isogenic populations of transgenic animals with diverse mutant backgrounds. In addition to the provisioning of new transgenic animals, vectors and mutant strains as deliverables, the broader impacts of this 1-year project have the potential to inform downstream research into KP2-associated drug discovery and therapeutic strategies for neurodegenerative diseases including PD or disorders where mitochondrial stress intersects with aberrant neurotransmission. Our approach exemplifies the utility of research with intact invertebrate models for expediting ascription of functions to understudied proteins.
项目摘要/摘要 两孔域K+通道(K2P)最喜欢的背景泄漏K+电流,调节静止膜 潜在的。在哺乳动物中描述了15个K2P家庭成员;在“照明”上只有两个露面 可毒品的基因组”清单的蛋白质清单,包括KCNK12。作为随机的偶然结果 在rout虫秀丽隐杆线虫中,诱变筛查,我们最近确定了秀丽隐杆线虫 KCNK12的同源物,称为TWK-14,在正向遗传筛选中,用于线粒体展开的影响 蛋白质反应(UPRMT)。我们的小组以前证明了如何修复的UPRMT 急性应激源(例如毒素)在经历慢性激活时会失调。具体来说,我们 表明本质上受干扰的蛋白质A-核蛋白(A-Syn)是帕金森氏症的主要病理因素 疾病(PD),长期激活UPRMT,导致秀丽隐杆线虫的进行性神经变性 多巴胺神经元(Martinez等,2017)。我们发现TWK-14作为编码固有的神经保护作用 多巴胺能神经变性的抑制剂,建立了与物理相关的基础,以进一步 研究KCNK12的未解决功能。像KCNK12一样,TWK-14表达仅限于神经元。 秀丽隐杆线虫的定义连接组图将TWK-14定位为选择头部的感觉神经元 多巴胺能回路中的突触后位置。在此R03提案中,我们将探索KCNK12/TWK-14 秀丽隐杆线虫中使用多巴胺能神经退行性变性作为表型读数的功能。在AIM 1中,神经元 - KCNK12的特定转基因表达,结合30个候选者的系统遗传分析 由Pharos和相关资源数据库挖掘确定的KCNK12/TWK-14的交互者将是 进行揭示KCNK12相关的秀丽隐杆线虫多巴胺神经元的修饰符。结果 该分析将阐明该K2P的细胞生物学作用,体内。在AIM 2中,我们将完善理解 KCNK12/TWK-14在定义的秀丽隐杆线虫多巴胺能电路中的新发现调节作用。我们 探索一个假设,通过该假设,在TWK-14的突触后神经元中K2P通道调节的损失 突变体破坏了适当的神经肽所需的固有神经保护突触反馈回路 维持多巴胺稳态的信号。在这里,我们将解析推定的相对影响 通过严格量化神经退行性的组成部分 神经元水平,具有潜水员突变背景的转基因动物的同源性种群。除了 提供新的转基因动物,向量和突变菌株作为可交付成果,这是更广泛的影响 一年的项目有可能告知有关KP2相关药物发现的下游研究和 神经退行性疾病的治疗策略,包括PD或线粒体压力的疾病 与异常的神经传递相交。我们的方法表明了完整的研究实用性 无脊椎动物模型,以加快功能声明以了解蛋白质。

项目成果

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