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GABARAP介导神经支架蛋白ARMS细胞膜转运的分子机理研究

批准号:
32100764
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
叶进
依托单位:
学科分类:
分子与细胞神经生物学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
叶进

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
神经系统的精准发育过程依赖于多种神经营养因子信号的协同调控,神经支架蛋白ARMS作为多种神经营养因子受体的共同下游底物,能整合协调多种营养刺激信号,促进神经元的发育和生长。ARMS作为跨膜蛋白,在神经细胞膜上的精确定位对神经营养刺激信号的整合与传递具有重要调控作用,其膜分布的动态平衡的破坏与诸多神经发育疾病如智障、脑瘫等密切相关。然而,调控ARMS膜定位的分子机理还不甚清楚。本项目计划采用多种生物学研究方法,围绕ARMS与其特异性结合蛋白GABARAP之间的相互作用及功能调控展开系统研究。项目将详细研究ARMS-GABARAP复合物的相互作用机制,解析蛋白复合物的三维结构,并探索GABARAP在调控ARMS细胞膜定位及动态转运过程中的功能。研究结果将为深入理解ARMS在神经信号转导过程中的作用机制提供分子与功能基础,并为与之功能异常相关的神经发育疾病的发病机理的解析及治疗奠定理论基础。
英文摘要
The precise development of the nervous system relies on the co-stimulation of multiple neurotrophic signaling cascades. ARMS, as a common downstream substrate of multiple neurotrophin receptors, can coordinate and integrate multiple nutrient stimulation signals, thereby adjusting their signaling outcome that can regulate multiple neuronal functions. The precise membrane localization of ARMS is essential for the coordination and integration of several trophic stimuli, and dysfunction of trafficking and localization of ARMS to cell membranes is clinically associated with severe psychiatric disorders in humans, including intellectual disability and cerebral palsy. However, the molecular mechanisms underlying the dynamic trafficking and localization of ARMS to cell membranes remain to be elucidated. In this research proposal, we will combine multidisciplinary approaches to elucidate the molecular mechanisms underlying the assembly and regulation of ARMS-GABARAP complex, to uncover the functions of GABRAP on regulating the dynamic trafficking of ARMS. The research will provide a molecular basis for an in-depth understanding of the trafficking and localization of ARMS to cell membranes, which will facilitate subsequent potential drug development and medical treatments of relevant neurodevelopmental disease research.
神经系统的精准发育过程依赖于多种神经营养因子的协同调控,在发育过程中,不同的神经元依赖于特定的神经营养因子在靶细胞中与适配蛋白和支架蛋白作用,激活独特的细胞内反应,调节神经元的生长、分化、迁移和突触可塑性。神经支架蛋白ARMS作为多种神经营养因子受体的共同下游底物,整合协调多种刺激信号,作为信号网络中心介导特定的信号通路的激活,参与信号传导过程,促进神经元的发育和生长。ARMS特殊的蛋白结构介导了多种蛋白的相互作用,其分布和蛋白水平动态平衡的破坏与诸多神经发育疾病和癌症相关,如智障、脑瘫,黑色素瘤等。然而,调控ARMS蛋白功能的分子机理依然尚不清楚。本项目综合利用分子生物学、生物化学、结构生物学以及细胞生物学等方法系统地研究了ARMS与GABARAP的相互作用机制。我们首先发现了GABARAP作为ARMS的新型调控分子与ARMS N端的ankyrin repeats存在直接相互作用,通过解析ARMS-GABARAP蛋白复合物的结构,鉴定了ARMS与GABARAP相互作用的关键氨基酸残基,详细阐述了蛋白相互作用的分子机制。同时,我们发现ARMS以一种非典型的LIR-LDS结合模式特异地作用于Atg8家族中的GABARAP亚家族蛋白,而与同属于Atg8家族的LC3亚家族蛋白不产生相互作用。此外,我们发现GABARAP可以抑制细胞中ARMS蛋白水平的异常升高,并在海马神经元中抑制ARMS对树突棘生长和成熟的促进作用。最后,我们利用与GABARAP强结合的高特异性ankyrin来源的小肽破坏ARMS与GABARAP的结合,为调控神经支架蛋白ARMS的功能及其复合物组装提供了新的理论基础和策略。项目执行期间,已发表标注资助号的高水平SCI文章2篇,待发表1篇;培养了2名硕士毕业生,2名博士毕业生。综上,我们按照计划圆满地完成了项目的研究目标。
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