Neuronal control of body weight and size by the Gbeta5-R7 signaling complex

Gbeta5-R7 信号复合物对体重和体型的神经元控制

基本信息

项目摘要

Abstract Obesity is a major co-morbidity factor in diabetes, cancer, cardiovascular, neurological and other diseases. One group of genes recently linked to obesity in humans are genes encoding the R7 family of regulator of G protein signaling proteins (RGS6, 7, 9 and 11) and Gnb5, which encodes the G protein beta subunit G5. G5 and R7 proteins form obligatory dimers, so that the Gnb5 knockout causes complete degradation of the entire G5-R7 complex. This proposal studies how a deficiency in the Gnb5 and R7 genes can lead to obesity; the ultimate goal is to discover effective treatments of disorders associated with neuroendocrine pathways regulated by these genes. The proposed research plan builds upon earlier discoveries that together constitute a strong premise for this study. Ablation of one Gnb5 allele leads to obesity and metabolic syndrome in mice; this finding was later confirmed by human genetics. Subsequent mechanistic investigations in this lab identified a novel role for the G5-R7 complex in pancreatic beta cells where G5-R7 strongly promoted insulin secretion. Brain is the main organ regulating body weight, and the expression level of G5-R7 is much higher than in the pancreas or any other peripheral tissues. These considerations lead to the hypothesis that G5-RGS7 regulates body weight via its function in the CNS, where as in the insulin-secreting beta cells, G5-R7 can regulate hormone and/or neurotransmitter secretion by neurons. In support of this hypothesis, recent studies in the lab demonstrated that local knockout of Gnb5 in the hypothalamus using LoxP/Cre technology caused a dramatic increase of body weight and adiposity in adult mice. The proposed research will develop this discovery. Specific Aim 1 will analyze the effects of Gnb5 ablation in specific hypothalamic nuclei and types of neurons on body weight and levels of various hormones. Overexpression of Gnb5 using viral-mediated gene transfer will be performed to rescue obesity. Aim 2 will determine which hormones and signaling proteins (i.e., GPCRs) are co-expressed with Gnb5 in hypothalamic neurons. Tissue and acutely cultured neurons will be examined for secretion of specific hormones and signaling. Specific Aim 3 will study molecular events affected by G5-R7 via its knockout (CRISPR/Cas9), knockdown and overexpression in cell lines that endogenously express M3R and G5-R7. Experiments will focus on signaling, structure-function analysis of G5-R7 and signal-stimulated secretion utilizing pharmacological agents and biochemical and biophysical assays. Through unraveling a novel mechanism that regulates neuronal functions, this project may have a strong impact on understanding etiology of obesity and other neuroendocrine disorders.
抽象的 肥胖是糖尿病,癌症,心血管,神经和其他的主要合并症 疾病。最近与人类肥胖有关的一组基因是编码R7家族的基因 G蛋白信号蛋白(RGS6、7、9和11)和GNB5的调节剂,该蛋白编码G蛋白β 亚基G5。 G5和R7蛋白会形成强制性二聚体,因此GNB5敲除使完整 整个G5-R7复合物的降解。该建议研究GNB5和R7基因的缺乏 会导致肥胖;最终目标是发现与 这些基因调节的神经内分泌途径。 拟议的研究计划建立在较早的发现,共同构成了一个强大的前提 对于这项研究。一个GNB5等位基因的消融导致小鼠的肥胖和代谢综合征。这个发现是 后来被人类遗传学证实。该实验室的随后的机械调查确定了 胰腺β细胞中G5-R7强烈促进胰岛素分泌的G5-R7复合物。大脑是 控制体重的主要器官,G5-R7的表达水平比胰腺或 任何其他外围组织。这些考虑因素导致了G5-RGS7调节身体的假设 通过其在中枢神经系统中的功能,重量通过在胰岛素分泌β细胞中,G5-R7可以调节骑马 和/或神经递质分泌神经元。为了支持这一假设,实验室的最新研究 证明了使用LOXP/CRE技术在下丘脑中局部淘汰GNB5引起了戏剧性 成年小鼠体重和肥胖的增加。拟议的研究将发展这一发现。 特定的目标1将分析GNB5消融在特定下丘脑核和神经元类型上的影响 体重和各种恐怖的水平。使用病毒介导的基因转移对GNB5的过表达将 进行拯救肥胖。 AIM 2将确定哪些骑兵和信号蛋白(即GPCR)为 在下丘脑神经元中与GNB5共表达。将检查组织和急性培养的神经元的 特定恐怖和信号传导的分泌。特定目标3将研究受G5-R7影响的分子事件 通过其敲除(CRISPR/CAS9),内源表达M3R的细胞系中的敲低和过表达 和g5-r7。实验将集中于信号传导,G5-R7的结构 - 功能分析和信号刺激 使用药物剂以及生化和生物物理测定法的分泌。通过解开 调节神经元功能的新型机制,该项目可能对理解有很大的影响 肥胖和其他神经内分泌疾病的病因。

项目成果

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