Regulation of GSK3B degradation and its role in acute lung injury

University Of Pittsburgh At Pittsburgh, Pittsburgh PA

Investigators

Linked publications, trials & patents

Abstract

PROJECT SUMMARY  Acute  respiratory  distress  syndrome  (ARDS)  is  a  major  cause  of  mortality  in  critically  ill  patients  in  the  US.  Pharmacologic therapies for ARDS have been largely unsuccessful in decreasing mortality. Patients suffer from  severe  hypoxemia  caused  by  acute  inflammation,  lung  epithelial  and  endothelial  cell  damage,  and  capillary  leakage  of  protein-­rich  fluid  into  alveoli.  Studies  from  our  laboratory  have  shown  that  dysregulation  of  protein  degradation alters lung inflammation in experimental models of ARDS. The long-­term goal of our research is to  identify therapeutic targets to decrease inflammation in ARDS and reduce mortality.  The ubiquitin-­proteasome  pathway  (UPP)  is  responsible  for  most  protein  degradation  in  cells.  This  irreversible  process  is  critical  to  maintaining  cell  homeostasis.  Failure  to  regulate  protein  stability  can  lead  to  tissue  damage  from  unchecked  inflammation.  Glycogen  synthase  kinase-­3?  (GSK3?)  is  a  highly  conserved  serine-­threonine  kinase  and  key  regulator of cell differentiation, metabolism, and inflammation. Phosphorylation of key proteins by GSK3? has  many biological functions, one of which is targeting substrates for degradation by the UPP. Studies have shown  that GSK3? mediates deleterious lung inflammation in murine models of sepsis and ARDS. Despite its critical  role in cell biology, little is known about how GSK3? stability itself is regulated, particularly in the context of lung  inflammation. The goals of our project are 1) to define mechanisms of GSK3? degradation in lung epithelial cells;?  2)  to  determine  how  inflammation  affects  GSK3?  kinase  activity  and  protein  stability  in  pathways  relevant  in  ARDS;?  and  3)  to  identify  novel  E3  ligases  that  regulate  GSK3?  stability  in  models  of  ARDS.  Using  a  cycloheximide chase assay to study the lifespan of GSK3?, we will overexpress mutant GSK3? in murine lung  epithelial (MLE) cells to determine which lysine residues and structural motifs are required for degradation. We  will also use inflammatory stimuli including LPS and TNFa? and overexpress mutant forms of GSK3? to determine  how GSK3? kinase activity alters its stability in MLE cells. Finally, we will screen a library of F-­box proteins to  identify  a  novel  E3  ubiquitin  ligase  complex  that  degrades  GSK3?  and  study  the  effects  on  inflammatory  responses in lung epithelial cells. This work will elucidate potential targets for novel therapies to reduce mortality  in ARDS.  As a pulmonary and critical care medicine fellow in the Acute Lung Injury Center of Excellence at the  University of Pittsburgh, she is mentored by Drs. Rama Mallampalli and Yutong Zhao to become proficient in  laboratory  models  of  acute  lung  injury.  As  a  postdoctoral  research  fellow  her  training  will  focus  on  advanced  laboratory techniques in biochemistry, molecular and cellular biology, and molecular immunology. Early career  development opportunities include didactic training, conference attendance and presentations, and publications  and that will be guided through mentoring by her co-­sponsors. The support of the National Research Service  Award for this proposal will serve as the foundation for accomplishing her goal of becoming an independent and  successful physician-­scientist.