Reticulon Function in ER Morphology

内质网形态中的网状功能

基本信息

  • 批准号:
    7741713
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 29.77万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2008
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2008-12-01 至 2013-11-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

DESCRIPTION (provided by applicant): Reticulons are ubiquitous, highly conserved integral membrane proteins present in all eukaryotes. Reticulon proteins generate the structure of the peripheral endoplasmic reticulum (ER) by shaping the membrane bilayer into a network of tubules in eukaryotic cells. Despite the continuity of the ER membrane, which is composed of the nuclear envelope as well as peripheral ER sheets and tubules, these proteins localize exclusively to ER tubules. The overall goal of the proposed program is to develop our understanding of how the reticulon proteins partition into and shape the ER membrane bilayer into tubules. The specific aims of the program include structure/function studies of vertebrate and yeast reticulon proteins to determine how they localize to tubular ER and which of their structural features are required for their membrane shaping activities. We will mutate various regions of the reticulon protein to determine the effect on protein localization, oligomerization, diffusional mobility, and membrane curvature. For these studies, we will be using fluorescence microscopy, immunoprecipitations, fluorescence recovery after photobleaching, and electron microscopy with immunogold labeling. These experiments will reveal how these integral membrane proteins localize to and shape the membrane bilayer of an organelle, the ER. We propose to use high-resolution EM techniques to analyze the 3-D architecture and surface of ER tubules formed in vitro from Xenopus egg extract. The impetus for this work is to look for a reticulon scaffold around ER tubules that could explain how these proteins directly shape ER tubules of defined dimensions. However, even in the absence of discovering a reticulon scaffold on ER tubules, this work would be the first high-resolution structural analysis of ER tubules and could reveal a great deal about the morphological properties of this organelle. Finally, we will be addressing whether reticulon-generated tubular ER morphology is important for cellular differentiation. We are studying the differentiation of neurons, which causes the morphology of neuronal cells to change quite dramatically and become highly polarized. Neuronal differentiation results in the extension of axons and dendrites, long processes that we show here are filled with tubular ER stained with the reticulon protein. We will address whether increasing and decreasing reticulon protein levels affects neuronal differentiation and what functions of the tubular ER are necessary for axon/neurite growth. We will look for reticulon interacting factors that contribute to the growth, packaging, and organization of the tubular ER into the axon/neurite and analyze the structure of the ER within neurite/axon by electron microscopy. This work will address the functional relevance of organelle morphology to cellular differentiation. PUBLIC HEALTH RELEVANCE: The proposed program to study reticulon protein function will further our understanding of how integral membrane proteins shape the membrane bilayer of an organelle to create functional subdomains. This work will also address the importance of reticulon-generated ER shape to the differentiation and the uniquely polarized cellular morphology of neurons.
描述(由申请人提供):网状物质是所有真核生物中普遍存在的高度保守的整体膜蛋白。网状蛋白通过将膜双层塑造成真核细胞中的小管网络,从而产生周围内质网(ER)的结构。尽管ER膜的连续性由核包膜以及外围ER片和小管组成,但这些蛋白质仅定位于ER小管。拟议程序的总体目标是发展我们对网状蛋白如何分配和将ER膜双层分配到小管中的理解。该程序的具体目的包括脊椎动物和酵母网状蛋白的结构/功能研究,以确定它们如何定位到管状ER以及其膜形状活性所需的结构特征。我们将突变网状蛋白的各个区域,以确定对蛋白质定位,寡聚,扩散迁移率和膜曲率的影响。在这些研究中,我们将使用荧光显微镜,免疫沉淀,光漂白后的荧光恢复以及具有免疫金标记的电子显微镜。这些实验将揭示这些整体膜蛋白如何定位并塑造细胞器的ER的膜双层。我们建议使用高分辨率EM技术来分析由爪蟾鸡蛋提取物在体外形成的ER小管的3-D结构和表面。这项工作的动力是寻找围绕ER小管的网状支架,这些支架可以解释这些蛋白如何直接塑造定义尺寸的ER小管。但是,即使没有在ER小管上发现网状支架,这项工作也将是对ER小管的首次高分辨率结构分析,并且可能揭示了有关该细胞器的形态学特性的大量资料。最后,我们将解决网状生成的管状ER形态是否对细胞分化很重要。我们正在研究神经元的分化,这会导致神经元细胞的形态发生巨大变化并高度极化。神经元分化导致轴突和树突的扩展,我们在这里显示的长过程充满了用网状蛋白染色的管状ER。我们将解决升高和降低的网状蛋白水平是否会影响神经元分化以及管状ER的哪些功能对于轴突/神经突的生长是必需的。我们将寻找有助于管状ER的生长,包装和组织到轴突/神经突入的网状相互作用因子,并通过电子显微镜分析神经突/轴突内ER的结构。这项工作将解决细胞器形态与细胞分化的功能相关性。 公共卫生相关性:研究网状蛋白功能的拟议计划将进一步了解整体膜蛋白如何塑造细胞器的膜双层以创建功能性子域。这项工作还将解决网状生成的ER形状对分化和神经元的独特极化细胞形态的重要性。

项目成果

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