MATRIX BASED MINERAL ENAMEL-BIOMIMETICS
基于基质的矿物釉质仿生学
基本信息
- 批准号:10399526
- 负责人:
- 金额:$ 40.5万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2019
- 资助国家:美国
- 起止时间:2019-05-01 至 2024-04-30
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:AffectAmeloblastsAmelogenesisAnimal ModelBindingBiocompatible MaterialsBiologicalBiological ModelsBiomimeticsCell Culture TechniquesCell membraneCell-Matrix JunctionCellsChemical ModelsChemicalsComplexCrystal FormationCrystallizationDataDentalDental EnamelDental MaterialsEnamel FormationEventExonsExtracellular MatrixFuture GenerationsGeneticGoalsGrowthHydroxyapatitesIn SituIn VitroInvestigationKnowledgeLiposomesMediatingMineralsMolecularMorphologyMutationNMR SpectroscopyOutcomePathologicPatternPoint MutationProceduresProcessPropertyProteinsPublishingResolutionStructureTransmission Electron Microscopyameloblastinamelogeninbasebiomineralizationcalcium phosphatecell motilitydesignenamel matrix proteinsgene productin vivoinsightmalformationmigrationmineralizationmouse modelmutantnanoscalenoveloverexpressionpolarized cellrestorative material
项目摘要
Project Summary / Abstract
To achieve the long-term goal of restoring dental enamel, it is necessary to understand the fundamental
chemical and biological principles of extracellular matrix assembly and the manner they control mineral
nucleation and growth. There is still a large gap in our understanding of the underlying molecular mechanisms
by which enamel matrix proteins assemble and interact with cells to control nucleation and oriented growth of
hydroxyapatite crystals, and possibly cell movement and polarization. This is particularly true of ameloblastin
protein, which is the focus of our proposed study. The goal of this proposal is therefore to advance our
understanding of ameloblastin’s structure and function through a systematic investigation of its interactions
with different targets. We hypothesize that the highly organized carbonated hydroxyapatite crystals in enamel
continuously grow and form prismatic structures by means of complex ameloblastin-cell, ameloblastin-
amelogenin, and ameloblastin-mineral interactions. Two major aims are proposed to systematically examine
the above hypothesis by applying in vitro chemical models, cell culture and animal models for amelogenesis.
Aim I: To investigate ameloblastin-cell membrane interactions and identify the interacting domains using in
vitro synthetic liposomes and ameloblast-like cell culture model systems. We will design several mouse models
with point mutations in the interacting domains identified, and examine the consequence of these mutations on
enamel prismatic structure, ameloblast morphology, and the attachment of the cells to the matrix. We
hypothesize that ameloblastin interacts with ameloblast cells via a domain in the sequence encoded by exon 5
and functions to anchor the mineralizing extracellular matrix to the enamel-forming cells affecting cell
polarization, migration, and the formation of Tomes’ processes. Aim II: To investigate ameloblastin-amelogenin
interactions on the nanoscale in vivo and in vitro, and to identify their interacting domains using solution NMR
spectroscopy. We will study the dynamics of calcium phosphate mineralization events on the nanoscale when
ameloblastin is combined with amelogenin, using high resolution in situ atomic force (AFM) and Cryo-
transmission electron microscopy (TEM). We hypothesize that amelogenin and ameloblastin form
hetereomolecular entities that are functional during different stages of amelogenesis to control crystal
formation. We anticipate to gain more insight into the structure, assembly properties and function of
ameloblastin. We will define a novel cell- membrane- binding domain on ameloblastin protein. Novel protein-
protein-interacting domains on the ameloblastin and amelogenin sequences will be identified. The effect of
ameloblastin combined with amelogenin on mineralization will be elucidated and mineral-binding domains will
be identified. These studies will advance understanding of the molecular function of ameloblastin in enamel
biomineralization and will contribute to our efforts to fabricate synthetic enamel.
项目摘要 /摘要
为了实现恢复牙齿搪瓷的长期目标,有必要了解基本
细胞外基质组件的化学和生物学原理及其控制次要的方式
成核和生长。我们对基本分子机制的理解仍然存在很大的差距
通过此,牙釉质基质蛋白组装并与细胞相互作用,以控制成核和定向生长
羟基磷灰石晶体以及可能的细胞运动和极化。 amelobolastin尤其如此
蛋白质,这是我们提出的研究的重点。因此,该提议的目标是促进我们的
通过对其相互作用进行系统研究,了解氨基蛋白细胞的结构和功能
具有不同的目标。我们假设在搪瓷中高度有组织的碳酸羟基磷灰石晶体
通过复杂的蛋白细胞,蛋白 - 蛋白 - 连续生长并形成棱柱结构
氨基蛋白蛋白和杏仁蛋白矿物质相互作用。提出了两个主要目标来系统检查
上述假设通过应用体外化学模型,细胞培养和动物模型进行休闲发生。
目的I:研究Ameloblastin-Cell膜相互作用并使用IN识别相互作用域
体外合成脂质体和成成细胞样细胞培养模型系统。我们将设计几种鼠标模型
相互作用域中的点突变被鉴定出来,并检查这些突变对
搪瓷棱柱结构,木质细胞形态和细胞附着在基质上。我们
假设蛋白细胞蛋白通过外显子5编码的序列中的结构域与成成细胞相互作用
和功能可将矿化细胞外基质锚定在影响细胞的牙釉质形成细胞上
极化,迁移和TOMES过程的形成。 AIM II:研究蛋白蛋白 - 氨酰基蛋白
在体内和体外的纳米级相互作用,并使用溶液NMR识别其相互作用域
光谱法。我们将研究纳米级磷酸钙矿化事件的动力学
使用高分辨率原位原子力(AFM)和冷冻 -
透射电子显微镜(TEM)。我们假设蛋白质蛋白和蛋白蛋白形式
在不同阶段的杂型实体,可控制晶体的不同阶段
格式。我们预计会对结构,组装属性和功能有更多的了解
ameloblastin。我们将定义一个新型的细胞膜结合结构蛋白上的细胞膜结合结构域。新蛋白质
将鉴定在蛋白质细胞蛋白和蛋白质蛋白序列上的蛋白质相互作用结构域。效果
氨基蛋白蛋白与氨基蛋白蛋白结合在矿化中的蛋白质将被阐明,矿物结合域将
被识别。这些研究将提高人们对搪瓷中氨基细胞蛋白的分子功能的理解
生物矿化,将有助于我们制造合成搪瓷的努力。
项目成果
期刊论文数量(59)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
Controlled remineralization of enamel in the presence of amelogenin and fluoride.
- DOI:10.1016/j.biomaterials.2008.10.019
- 发表时间:2009-02
- 期刊:
- 影响因子:14
- 作者:Fan, Yuwei;Sun, Zhi;Moradian-Oldak, Janet
- 通讯作者:Moradian-Oldak, Janet
In situ AFM study of amelogenin assembly and disassembly dynamics on charged surfaces provides insights on matrix protein self-assembly.
- DOI:10.1021/ja206849c
- 发表时间:2011-11-02
- 期刊:
- 影响因子:15
- 作者:Chen, Chun-Long;Bromley, Keith M.;Moradian-Oldak, Janet;DeYoreo, James J.
- 通讯作者:DeYoreo, James J.
Amelogenin-assisted ex vivo remineralization of human enamel: Effects of supersaturation degree and fluoride concentration.
- DOI:10.1016/j.actbio.2011.01.028
- 发表时间:2011-05
- 期刊:
- 影响因子:9.7
- 作者:Fan, Yuwei;Nelson, James R.;Alvarez, Jason R.;Hagan, Joseph;Berrier, Allison;Xu, Xiaoming
- 通讯作者:Xu, Xiaoming
Protein-mediated enamel mineralization.
- DOI:10.2741/4034
- 发表时间:2012-06-01
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:Moradian-Oldak J
- 通讯作者:Moradian-Oldak J
How amelogenin orchestrates the organization of hierarchical elongated microstructures of apatite.
- DOI:10.1021/jp910219s
- 发表时间:2010-02-18
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:Yang X;Wang L;Qin Y;Sun Z;Henneman ZJ;Moradian-Oldak J;Nancollas GH
- 通讯作者:Nancollas GH
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Health Effects of the Fluorinated Pollutants; PFAS on Enamel Development
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10371715 - 财政年份:2022
- 资助金额:
$ 40.5万 - 项目类别: