The Role of cAMP Signaling in Neuronal Primary Cilia

项目概要（CHEN，JI） 初级纤毛是“细胞触角”，检测各种细胞外信号，包括激素。缺陷 初级纤毛引起包括肥胖症在内的多种人类疾病。3型腺苷酸环化酶（AC 3） 是嗅感觉纤毛中主要的腺苷酸环化酶，是介导cAMP信号通路的关键酶 以及在整个中枢神经系统（CNS）的初级纤毛中。嗅觉感觉纤毛中的AC3对于 嗅觉信号转导和AC 3的丧失导致嗅觉丧失（嗅觉丧失）。此外，多基因 有证据表明，AC3的缺陷与肥胖和抑郁症有关。但 AC3的功能机制，以及中枢神经系统初级纤毛中的信号转导途径仍有待进一步研究。 阐明。由于嗅觉感觉纤毛和神经元初级纤毛在结构上相关， 常见的鞭毛内蛋白质转运系统，我们假设，cAMP信号在初级纤毛的 中枢神经系统神经元类似于嗅觉感觉纤毛中的神经元以及神经元初级纤毛中这种信号传导的改变 影响肥胖和抑郁症。为了验证这一假设，我们将首先使用荧光纳米粒子在共沉淀中， 免疫染色实验，并采取基于质谱的蛋白质组学方法来识别信号 抑制CNS神经元初级纤毛中cAMP信号传导的蛋白质。接下来我们将从基因上 将光激活腺苷酸环化酶工程化到初级纤毛中以实现cAMP水平的光遗传学操纵 在神经元初级纤毛中。我们还将确定神经元初级纤毛中的cAMP是如何调节神经元 功能协调发展的此外，我们将进一步确定哪些神经元集合与AC3的损失导致肥胖， 使用组织特异性AC3基因敲除小鼠的抑郁症。该项目的完成将确定分子 介导纤毛cAMP信号转导的组分，为纤毛研究提供有用的工具， 为AC3在肥胖和抑郁症中的（病理性）生理作用提供了新的见解。

PROJECT SUMMARY (CHEN, JI)    Primary cilia are the “cellular antennae” that detect various extracellular signals including hormones. Defects in  primary cilia cause a broad spectrum of human diseases including obesity. The type 3 adenylyl cyclase (AC3)  is the major adenylyl cyclase and a key enzyme mediating the cAMP signal pathway in olfactory sensory cilia  and in primary cilia throughout the central nervous system (CNS). AC3 in olfactory sensory cilia is essential for  the olfactory signal transduction and loss of AC3 leads to anosmia (loss of smell). Moreover, multiple genetic  evidence has demonstrated that defects in AC3 are associated with obesity and depression. Nevertheless, the  functional mechanisms of AC3, and the signaling transduction pathway in primary cilia in the CNS remain to be  elucidated. Because olfactory sensory cilia and neuronal primary cilia are structurally related and share a  common intraflagellar protein transport system, we hypothesize that the cAMP signaling in the primary cilia of  CNS neurons resembles that in olfactory sensory cilia and alteration of this signaling in neuronal primary cilia  impacts obesity and depression. To test this hypothesis, we will first use fluorescent nanoparticles in co-­ immnunostaining experiments and take a mass spectrometry based proteomic approach to identify signal  proteins that transduce the cAMP signaling in the primary cilia of CNS neurons. We will next genetically  engineer a light-­activated adenylyl cyclase into primary cilia to enable optogenetic manipulation of cAMP level  in neuronal primary cilia. We will also determine how cAMP in neuronal primary cilia modulate neuronal  functions. In addition, we will further identify which neuronal ensembles with loss of AC3 leads to obesity and  depression using tissue-­specific AC3 knockout mice. Completion of this project will identify molecular  components that mediate ciliary cAMP signal transduction, generate useful tools for cilium research, and  provide novel insights into the (patho-­)physiological roles of AC3 in obesity and depression.