TRP通道介导的机械力-钙信号-基因转录耦联及其在神经元发育中的作用

基本信息
批准号:11902021
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:27.00
负责人:杨亚雄
学科分类:
依托单位:北京航空航天大学
批准年份:2019
结题年份:2022
起止时间:2020-01-01 - 2022-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:
关键词:
力敏感通道荧光成像力电耦合力化学耦合分子间相互作用
结项摘要

Living organisms could sense the mechanical forces and convert the stimuli into electrical or biochemical signals to regulate physiological processes through mechanosensitive Ca2+ channels, such as transient receptor potential (TRP) channels, Piezo channels and so on. Mechanosensitive channels are widely studied due to the broad expression and multiple functions. But the mechanism of TRP channel mediated force-Ca2+-transcription coupling is still unclear. This project is started with the research of mechanosensitive TRP channels. Firstly, by using methodology of electrophysiology, Ca2+ imaging, classical cellular mechanical stimulus and newly-designed micro-nano device of mechanical stimulus, the applicant plans to quantitatively depict the biophysical properties of force-Ca2+ transduction of mechanosensitive TRP channels. Secondly, the modulation of neuronal transcription through force-Ca2+ transduction is systematically clarified through the study of the molecular interactions between the cellular domains of TRP channels and vital signaling pathways related molecules. Finally, the physiological and pathological functions of mechanosensitive TRP channels in neural system, especially the functions of neural development in dorsal root ganglion and cerebrospinal fluid-contacting neurons, are studied through long term monitoring of Ca2+ signals by GCaMP-X, a new genetically-encoded Ca2+ sensor developed by the applicant. The proposal is aimed at deep understanding of mechanosensitive TRP channels mediated force-Ca2+-transcription coupling and the relationship between molecular biomechanics and neurophysiology/neuropathology.

生命体感受机械力刺激,进而调控相应生理过程。机械敏感离子通道(如TRP及Piezo等)是介导机械感知及下游信号的重要膜蛋白。机械敏感通道分布广泛、功能多样,尽管得到了广泛研究,但对于TRP通道介导的机械力-钙信号-转录耦联理解还相对滞后。本研究针对代表性机械敏感TRP通道,首先利用经典力学操控和新颖设计的微纳器件力学操控系统,结合电生理、钙成像等技术,定量刻画TRP介导的力-钙转导关系;其次,系统考察机械敏感通道在神经元基因转录中的作用和机制,力图从通道蛋白与信号蛋白动态互作这一视角解析机械力与信号通路间的特异性耦合;最后,利用申请人新开发的细胞无损钙探针GCaMP-X,探究TRP通道介导的力-钙耦合通路与神经元病生理的关联,着重考察其在背根神经节和脑脊液接触神经元发育中的作用。本研究旨在推动对机械敏感TRP通道及其关键信号通路的理解,以期在分子细胞水平进一步加强生物力学与神经科学的融合。

项目摘要

神经元可利用TRP通道等机械敏感离子通道感知力学刺激,并将力学信号转化为钙信号,进一步地,钙信号可影响转录调控及神经元发育。本项目旨在回答如下三个问题:1)神经元TRP通道的力感知机制及对神经元力-钙转导的贡献;2)神经元钙-转录-发育之间的关系;3)开发新的钙动态长期监控方法,在长时间尺度考察神经元自发钙信号与神经元发育的动态关系。利用电生理、钙成像、结构生物学等技术,我们取得的主要成果如下:1)以TRPP3为代表的TRP通道不具备直接感应机械力刺激的能力,但部分通道如TRPC5等对低渗刺激这种生物力学刺激展出出良好的感知能力。基于结构-功能研究发现,这种低渗感知能力与通道电压感受类域的钙结合口袋有关。神经元对低渗刺激这种生物力学刺激表现出良好的力-钙转导能力,这种能力由TRP通道感知并驱动,由L型电压门控钙通道放大钙信号;2)L型电压门控钙通道介导的钙信号直接调控神经元转录及发育过程。以L型电压门控钙通道为靶点,设计特异性多肽调控神经元钙信号,可直接影响神经元CREB转录因子磷酸化水平及神经元突起发育水平,说明神经元钙信号-pCREB信号通路转录调控-神经元突起发育三者是强关联;3)设计了基于细胞无损基因编码钙探针GCaMP-X的神经元长时程钙动态监控系统,揭示了神经元早期发育与自发钙动态之间的关联。在离体神经元连续监控钙信号和发育进程一个月后,我们发现神经元自发钙振荡频率、幅值、同步性等特征参数与神经元早期发育及神经网络形成具有显著关联。本项目在结构-功能水平对TRP通道的力感知机制提供了新颖视角,加深了对神经元力-钙转导及钙-转录-发育通路的理解,开发的神经元钙动态长时程监控方案具备良好的科学推广性和应用前景。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

DOI:10.7498/aps.67.20171903
发表时间:2018
2

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

DOI:10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0221
发表时间:2022
3

基于 Kronecker 压缩感知的宽带 MIMO 雷达高分辨三维成像

基于 Kronecker 压缩感知的宽带 MIMO 雷达高分辨三维成像

DOI:10.11999/JEIT150995
发表时间:2016
4

基于细粒度词表示的命名实体识别研究

基于细粒度词表示的命名实体识别研究

DOI:10.3969/j.issn.1003-0077.2018.11.009
发表时间:2018
5

基于二维材料的自旋-轨道矩研究进展

基于二维材料的自旋-轨道矩研究进展

DOI:10.7498/aps.70.20210004
发表时间:2021

杨亚雄的其他基金

相似国自然基金

1

基于TRP通道介导的钙信号调节研究温里药“温中止痛”的作用机制

批准号:81302894
批准年份:2013
负责人:陈艳芬
学科分类:H3104
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
2

机械敏感TRP离子通道在剪切力致神经元损伤中的调控作用及在弥漫性轴索损伤法医学鉴定中的应用探索

批准号:81471821
批准年份:2014
负责人:董红梅
学科分类:H2501
资助金额:70.00
项目类别:面上项目
3

TRP离子通道在触觉和机械性痛觉生成中的作用及机制

批准号:31271180
批准年份:2012
负责人:康利军
学科分类:C0904
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
4

bHLH转录因子介导BR信号调控及其在棉纤维伸长发育中的作用机制研究

批准号:31671255
批准年份:2016
负责人:李学宝
学科分类:C0602
资助金额:62.00
项目类别:面上项目