The Molecular Biophysics and Tissue Biomechanics of Somite Morphogenesis
体节形态发生的分子生物物理学和组织生物力学
基本信息
- 批准号:9896870
- 负责人:
- 金额:$ 38.36万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2018
- 资助国家:美国
- 起止时间:2018-04-13 至 2022-03-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:AdhesionsApicalAutomobile DrivingBinding ProteinsBiologicalBiological AssayBiologyBiomechanicsBiophysicsCadherinsCell AdhesionCell Adhesion MoleculesCell NucleusCell SeparationCell Surface ProteinsCell modelCell-Cell AdhesionCellsComputer ModelsComputer SimulationDataDevelopmentDiffusionDiseaseEmbryoEnsureEphrinsEpithelialEpithelial CellsEpitheliumExerciseExtracellular MatrixFeedbackFibronectin ReceptorsFibronectinsFluorescenceFluorescence Resonance Energy TransferGenesHomeostasisITGA5 geneImageIntegrin alpha5beta1IntegrinsLigandsMeasuresMechanicsMediatingMembraneMesenchymeMesodermModelingMolecularMolecular ConformationMorphogenesisMotionMovementPathway interactionsProtein ConformationProteinsReceptor Protein-Tyrosine KinasesRegulationResourcesRoleSideSignal TransductionSomitesSpectrum AnalysisSystems AnalysisTechniquesTestingTissuesTransgenic OrganismsVertebral columnZebrafishcomplement systemepithelial to mesenchymal transitionexperimental studyin silicoin vivokinematicslaboratory experimentmolecular dynamicsmolecular scalemutantprotein protein interactionsegregationspatiotemporalspine bone structure
项目摘要
Reciprocal regulation between the ECM and associated epithelial cells is integral to
development, homeostasis and disease. Somites are segmental precursors of the vertebral
column and musculature that form via a mesenchymal to epithelial transition. Somite
morphogenesis is dependent upon a Fibronectin ECM, the Fibronectin receptor Integrin
51, the cell adhesion protein Cadherin 2 and bidirectional signaling via the receptor
tyrosine kinase EphA4 and its membrane bound ligand Ephrin-B2a. These genes/pathways
mediate cell-ECM adhesion, cell-cell adhesion and contact mediated cell repulsion, and our
hypothesis is that the physical organizing activity of the somite boundary emerges via
specific spatiotemporal intertwining of differential cell adhesion and ECM constrained cell
repulsion. In Aim 1, fluorescence correlation spectroscopy (FCS) and fluorescence
crosscorrelation spectroscopy (FCCS) will be used quantify protein diffusion and protein
binding constants in vivo. These experiments will determine whether the segregation of
these cell surface proteins occurs via diffusion and capture or active mobilization.
Additionally, the roles of integrin 5, cadherin 2 and ephrin-b2a in driving these changes in
subcellular localization will be elucidated by performing FCCS in live mutant embryos. In
Aim 2, a systems analysis of cell motion will be used to quantify tissue biomechanics during
somite morphogenesis in wild-type and mutant embryos. In Aim 3, we quantify the relative
levels of Integrin activation via cytoplasmic signals versus via positive feedback through the
ECM. Positive and negative feedback between biological mechanisms creates network effects
that are hard to predict a priori and difficult to fully explore experimentally. in silico modeling will
be used to systematically examine the relationships between cell adhesion, cell-ECM
adhesion and cell contact mediated repulsion in somite morphogenesis in order to help
interpret and prioritize more resource intensive wet-lab experiments.
ECM 和相关上皮细胞之间的相互调节对于
发育、稳态和疾病是椎体的节段前身。
通过间充质到上皮转化形成的柱和肌肉组织。
形态发生依赖于纤连蛋白 ECM,即纤连蛋白受体整合素
51,细胞粘附蛋白钙粘蛋白 2 和通过受体的双向信号传导
酪氨酸激酶 EphA4 及其膜结合配体 Ephrin-B2a 这些基因/通路。
介导细胞-ECM 粘附、细胞-细胞粘附和接触介导的细胞排斥,我们的
假设是体节边界的物理组织活动是通过
差异细胞粘附和 ECM 约束细胞的特定时空交织
在目标 1 中,荧光相关光谱 (FCS) 和荧光。
互相关光谱 (FCCS) 将用于量化蛋白质扩散和蛋白质
这些实验将确定体内的结合常数。
这些细胞表面蛋白通过扩散和捕获或主动动员发生。
此外,整合素α5、钙粘蛋白2和肝配蛋白-b2a在驱动这些变化中的作用
将通过在活突变体胚胎中进行 FCCS 来阐明亚细胞定位。
目标 2,细胞运动的系统分析将用于量化组织生物力学
在目标 3 中,我们量化了野生型和突变体胚胎中的体节形态发生。
通过细胞质信号与通过正反馈的整合素激活水平
ECM。生物机制之间的正反馈和负反馈会产生网络效应。
这很难先验预测,也很难通过计算机模拟进行充分探索。
用于系统地检查细胞粘附、细胞-ECM之间的关系
粘附和细胞接触介导体节形态发生中的排斥,以帮助
解释并优先考虑资源密集型湿实验室实验。
项目成果
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