Role of TRPM7 in Neuronal Development and Neurobiology Functions

TRPM7 在神经元发育和神经生物学功能中的作用

基本信息

  • 批准号:
    RGPIN-2022-04589
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 2.04万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    加拿大
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    加拿大
  • 起止时间:
    2022-01-01 至 2023-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Neurons are highly specialized cells that form the basic functional units in brain circuitry, and proper development of neuronal structure and circuitry is essential for normal function of the brain. We propose to investigate the role of Transient Receptor Potential Melastatin 7 (TRPM7) channels in neuronal development and postnatal brain formations. TRPM7 is a calcium-conducting non-selective divalent cation channel fused with an active a-kinase domain. TRPM7 is ubiquitously expressed in human tissues, including the brain, and regulates various cell biology processes such as magnesium and calcium homeostasis, cell growth and proliferation, and embryonic development. TRPM7 knockout (KO) is embryonic lethal, indicating that TRPM7 is essential for development. However, we have shown that TRPM7 is expressed in the brain, and inhibiting TRPM7 enhanced neurite outgrowth in vitro, and increases neuronal survival to hypoxia and ischemia in vivo. The paradox is that expression of TRPM7 is required for embryonic development, but inhibition of TRPM7 enhance neurite outgrowth. However, how TRPM7 regulates the neuronal development and postnatal brain functions has not been fully investigated. Because neuronal development and postnatal brain functions depend on a critical Ca2+ window, I hypothesize that the TRPM7 is an essential protein regulating intracellular Ca2+ levels that are, in turn, needed for neurodevelopment and brain functions; inhibition of TRPM7 promotes neurodevelopment and affects the related brain functional and behavioural outcomes especially the postnatal neurodevelopmental milestones (representing as the neurodevelopmental reflexes). With suitable tools and reagents, including novel selective TRPM7 inhibitors (waixenicin A, a marine-derived compound and its synthesized analogs from our existing TRPM7 collaborators in Hawaii), antibodies, TRPM7 conditional knockout (KO) mice (viable / newly available from our existing collaborator in Japan and also commercially available from The Jackson Laboratory), and TRPM7 kinase inhibitor (commercially available) available to my lab, and my extensive experience in TRPM7, we propose the following three short-term objectives for the next five years and one long-term objective for the future study. 1) Investigate the role of TRPM7 in neuronal outgrowth, synapse formation and maturation.. 2) Determine the TRPM7 developmental profile and related signal pathways involved in the TRPM7 mediated neuronal development and synaptic maturation. 3) Evaluate the role of TRPM7 in postnatal brain functions in vivo. Our long-term project is to evaluate the role of TRPM7 in in neurobiology functions (such as synaptic plasticity and its associated cognitive functions (also in female and male and old age too). Significance: This work will contribute to our knowledge of the TRP channels in the field of neurodevelopment and brain functions, and our research will have tangible benefits for HQP development.
神经元是形成脑回路中的基本功能单元的高度特化的细胞,并且神经元结构和回路的适当发育对于脑的正常功能是必不可少的。我们拟研究瞬时受体电位Melastatin 7(TRPM 7)通道在神经元发育和出生后脑形成中的作用。TRPM 7是与活性α-激酶结构域融合的钙传导非选择性二价阳离子通道。TRPM 7在包括脑在内的人体组织中广泛表达,并调节各种细胞生物学过程,如镁和钙稳态、细胞生长和增殖以及胚胎发育。TRPM 7敲除(KO)是胚胎致死的,表明TRPM 7对发育是必需的。然而,我们已经表明TRPM 7在脑中表达,并且抑制TRPM 7在体外增强神经突生长,并且在体内增加神经元对缺氧和缺血的存活。自相矛盾的是,TRPM 7的表达是胚胎发育所必需的,但抑制TRPM 7可增强神经突生长。然而,TRPM 7如何调节神经元发育和出生后脑功能尚未得到充分研究。由于神经元的发育和出生后的脑功能依赖于一个关键的Ca 2+窗口,我假设TRPM 7是一种调节细胞内Ca 2+水平的必需蛋白,而细胞内Ca 2+水平反过来又是神经发育和脑功能所需的; TRPM 7的抑制促进神经发育并影响相关的脑功能和行为结果,特别是出生后神经发育里程碑(代表神经发育反射)。使用合适的工具和试剂,包括新型选择性TRPM 7抑制剂(waixenicin A,一种海洋衍生化合物及其合成类似物,来自我们现有的夏威夷的TRPM 7合作者)、抗体、TRPM 7条件性敲除(KO)小鼠(可从我们在日本的现有合作者获得/新近获得,并且也可从杰克逊实验室获得),和TRPM 7激酶抑制剂(市售)提供给我的实验室,和我在TRPM 7的丰富经验,我们提出了以下三个短期目标,为未来五年的研究和一个长期目标。1)研究TRPM 7在神经元生长、突触形成和成熟中的作用。2)确定TRPM 7的发育概况和参与TRPM 7介导的神经元发育和突触成熟的相关信号通路。 3)评估TRPM 7在体内出生后脑功能中的作用。 我们的长期项目是评估TRPM 7在神经生物学功能中的作用(如突触可塑性及其相关的认知功能(也包括女性和男性以及老年))。重要性:这项工作将有助于我们在神经发育和脑功能领域的TRP通道的知识,我们的研究将对HQP的发展有切实的好处。

项目成果

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