Structural and functional principles of activation and regulation of the transient receptor potential channel TRPV3.

瞬时受体电位通道 TRPV3 激活和调节的结构和功能原理。

基本信息

项目摘要

PROJECT SUMMARY Transient receptor potential (TRP) channels play important roles in numerous physiological processes and are known as polymodal sensors that integrate a wide range of physical and chemical stimuli in cellular signaling. TRPV3, a representative of the vanilloid subfamily of TRP channels, is predominantly expressed in skin keratinocytes and implicated in cutaneous sensation, including thermo-sensation, nociception, and itch, in addition to maintenance of the skin barrier, wound healing, and hair growth. The dysfunction of TRPV3 channels, often a result of genetic mutations, is associated with numerous human skin diseases, including a genodermatosis known as Olmsted syndrome, psoriasis, skin tumors, hair loss, cutaneous pain, itch, pruritic and atopic dermatitis, rosacea, and acne vulgaris. Furthermore, overexpression of TRPV3 is implicated in the development and progression of colorectal and lung cancer. Targeting TRPV3 for disease treatment requires detailed information about the structure and function of this channel. We plan to study the TRPV3 channel structure and function using a combination of different biophysical and biochemical methods. Our specific aims are: (1) determine the molecular mechanisms of TRPV3 activation by small molecules and disease-causing mutations, (2) establish structural bases of TRPV3 activation by heat, and (3) elucidate structural mechanisms of TRPV3 inhibition. To achieve our goals, we will use the Fluorescence-detection Size Exclusion Chromatography (FSEC) and thermostability assays to assess expression, assembly, homogeneity and stability of the TRPV3 protein, cryo-electron microscopy (cryo-EM) to obtain structures of TRPV3 with or without disease- associated mutations, at different temperatures and in complex with different activators, modulators and inhibitors, as well as site-directed mutagenesis combined with electrophysiology, including single-channel recordings from planar lipid bilayers and whole-cell patch-clamp recordings from HEK 293 cells, and ratiometric measurements of intracellular Ca2+ concentration using calcium-sensitive fluorescent dye Fura-2 AM to assess TRPV3 function and to critically test our structural models. Combining our structural and functional results, we will decipher the mechanisms of TRPV3 regulation and gating. Achieving our aims will have a significant impact on skin physiology and ion channel biophysics and will generate new knowledge that will assist in structure- based drug design and help the development of new therapeutic strategies.
项目摘要 瞬时受体电位(TRP)通道在许多生理过程中起重要作用, 被称为多模态传感器,其在细胞信号传导中整合了广泛的物理和化学刺激。 TRPV 3是TRP通道的香草酸亚家族的代表,主要在皮肤中表达 角质形成细胞并参与皮肤感觉,包括热感觉、伤害感受和瘙痒, 此外,还能维持皮肤屏障、伤口愈合和毛发生长。TRPV 3通道功能障碍, 通常是基因突变的结果,与许多人类皮肤病有关,包括 遗传性皮肤病,称为奥姆斯特德综合征,牛皮癣,皮肤肿瘤,脱发,皮肤疼痛,瘙痒,皮炎和 特应性皮炎、红斑痤疮和寻常痤疮。此外,TRPV 3的过表达涉及到细胞的增殖。 结直肠癌和肺癌的发展和进展。靶向TRPV 3用于疾病治疗需要 关于这个频道的结构和功能的详细信息。我们计划研究TRPV 3通道 使用不同的生物物理学和生物化学方法的组合来研究结构和功能。我们的具体目标 (1)确定TRPV 3被小分子激活的分子机制和致病性, 突变,(2)建立TRPV 3热激活的结构基础,(3)阐明结构机制 TRPV 3抑制为了实现我们的目标,我们将使用双检测尺寸排除 用于评估表达、组装、均一性和稳定性的色谱(FSEC)和热稳定性试验 TRPV 3蛋白的冷冻电子显微镜(cryo-EM),以获得TRPV 3的结构,无论是否有疾病- 相关突变,在不同的温度下,并与不同的激活剂,调节剂和 抑制剂,以及定点诱变结合电生理学,包括单通道 平面脂质双层记录和HEK 293细胞的全细胞膜片钳记录,以及比率测量 使用钙敏感的荧光染料Fura-2 AM测量细胞内Ca 2+浓度,以评估 TRPV 3的功能,并严格测试我们的结构模型。结合我们的结构和功能结果,我们 将破译TRPV 3调控和门控的机制。实现我们的目标将产生重大影响 皮肤生理学和离子通道生物物理学,并将产生新的知识,将有助于结构- 基于药物设计,并帮助开发新的治疗策略。

项目成果

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