# Microbially generated protons mediate interkingdom host-microbiome cross-talk and maintain intestinal homeostasis via reciprocal functions of two proton-sensing GPCRs

> **NIH NIH K01** · UNIVERSITY OF KENTUCKY · 2020 · $126,558

## Abstract

Project  Summary:  Intestinal  damage  is  observed  in  inflammatory  bowel  disease  (IBD),  enteric 
infections, as well as following surgical trauma, and environmental insults. Tissue restitution is a complex but 
coordinated  cellular  process  to  repair  gut  mucosa.  We  recently  reported  that  the  intestinal  wound 
microenvironment  specifically  enriches  a  mucosa-­associated  microbial  consortium,  which  enhanced  epithelial 
wound healing. The advances in next generation gene sequencing have identified diverse microbial species and 
metagenomes in the host;; however, to understand and exploit the potential of the microbiota’s >8 million genes 
and their metabolic functions, application of the mass-­spectrometry-­based identification of small metabolites and 
functional  characterization  by  the  methods  of  cell  biology  are  crucial.  Hence  this  proposed  study  will  lay  a 
foundation for my rigorous training in metabolome and cell biology of gut barrier function. For this purpose, we 
performed a preliminary analysis by mass spectrometry-­based global metabolomic profiling of intact and injured 
mucosa  as  well  as  colon  of  germ-­free  and  conventional  mice.  We  found  an  elevated  synthesis  of  microbial 
metabolites with low pKa, which are essential in establishing an extracellular pH gradient in the colonic crypts of 
the conventional mice, but not in germfree mice. We also found that the colonic epithelial cells of conventional 
mice express increased levels of proton-­sensing GPCRs (GPCR4 and GPCR68). Based on preliminary findings, 
the working hypotheses of this project are: 1) the injured mucosal tissue and its associated microbiota produce 
metabolites to regulate spatiotemporal changes in the proton concentration of the colon and thereby regulate 
intestinal homeostasis and repair, 2) microbiota-­produced metabolites modulate proton concentration, which is 
perceived by the proton-­sensing GPCRs of enterocytes to regulate gut permeability. Aim 1 is to confirm the role 
of microbiota-­produced metabolites in regulating cellular proliferation & repair via proton-­sensing GPCR4 and 
GPCR68 in the GPCR4-­/-­ and GPCR68-­/-­ mice, whose colonies are established in our animal facility. We will also 
perform  the  metabolomic  profiling  and  RNA-­seq  analysis  of  the  colon  of  GPCR4-­/-­  and  GPCR68-­/-­  mice. 
Furthermore, we will determine the metabolome of the injured mucosa in the germ-­free mouse. Specific Aim 2 
will determine the function of the proton gradient & also the role of specific metabolites in the regulation of gut 
permeability  by  tight-­junction.  Emory  University  boasts  an  intellectually  rich  research  environment  whose 
resources will be used to carry out the proposed research as well as the mas-­spectrometry center located across 
the town in Georgia Institute of Technology, Atlanta. The proposed research, in combination with a structured 
team  of  mentor,  advisors,  a...

## Key facts

- **NIH application ID:** 9989830
- **Project number:** 5K01DK114391-05
- **Recipient organization:** UNIVERSITY OF KENTUCKY
- **Principal Investigator:** M. Ashfaqul Alam
- **Activity code:** K01 (R01, R21, SBIR, etc.)
- **Funding institute:** NIH
- **Fiscal year:** 2020
- **Award amount:** $126,558
- **Award type:** 5
- **Project period:** 2017-08-01 → 2022-05-31

## Primary source

NIH RePORTER: https://reporter.nih.gov/project-details/9989830

## Citation

> US National Institutes of Health, RePORTER application 9989830, Microbially generated protons mediate interkingdom host-microbiome cross-talk and maintain intestinal homeostasis via reciprocal functions of two proton-sensing GPCRs (5K01DK114391-05). Retrieved via AI Analytics 2026-05-25 from https://api.ai-analytics.org/grant/nih/9989830. Licensed CC0.

---

*[NIH grants dataset](/datasets/nih-grants) · CC0 1.0*