Modulation of nuclear pore complex structure and function by nuclear envelope tension

核膜张力调节核孔复杂结构和功能

基本信息

  • 批准号:
    10388820
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 5.49万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2022-06-01 至 2023-03-10
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Project Summary/Abstract Mechanical forces play a critical role in regulating numerous biological processes, including development and tissue homeostasis. At the cellular level, changes in mechanical forces impact nuclear function. For example, cells respond to mechanical inputs by altering the localization of transcription factors, chromosome organization, and gene expression. Despite these insights, how forces applied to the nucleus are decoded to affect downstream cellular responses remains poorly defined. Nuclear pore complexes (NPCs) are massive protein channels that control all molecular exchange across the nuclear envelope (NE). Thus, NPCs may serve as the intermediary that translates mechanical signals by functionally responding to changes in NE tension. I hypothesize that tension on the NE alters the conformation of NPCs, which affects the NPC central transport channel in a manner that influences its transport properties. Here, I will directly explore this hypothesis in Aim 1 by testing how the NPC responds to changes in NE tension using two complementary approaches, electron tomography (ET) and fluorescence resonance energy transfer (FRET) between FRET pairs engineered into the NPC scaffold. While ET will be used to examine changes in nuclear pore diameter, FRET will be used to examine dynamic changes in NPC structure in living cells under various tensional states induced using genetic and environmental perturbations. In a complementary but independent Aim 2, I will test how NE tension impacts the function of NPCs by interrogating the localization and dynamics (using fluorescence recovery after photobleaching (FRAP)) of a series of fluorescent protein reporters, which I can place in the context of changes in NPC conformation observed in Aim 1. These in vivo experiments will be performed alongside an in vitro approach using optical tweezers to observe how diffusion across the NPC responds to direct modulation of NE tension on purified nuclei. Completion of these Aims will determine how NE tension affects the structure and function of NPCs and establish a new mechanosensing pathway in cells.
项目摘要/摘要 机械力在调节众多生物过程中起着至关重要的作用,包括开发 和组织稳态。在细胞水平上,机械力的变化会影响核功能。例如, 细胞通过改变转录因子的定位,染色体组织的定位来响应机械输入。 和基因表达。尽管有这些见解,但如何将施加到核的力被解码以影响 下游细胞反应的定义仍然很差。核孔复合物(NPC)是巨大的蛋白质 控制所有分子交换的通道(NE)。因此,NPC可以作为 通过功能响应NE张力的变化来翻译机械信号的中介。我 假设在NE上的张力改变了NPC的构象,这影响了NPC中央运输 以影响其运输特性的方式进行渠道。在这里,我将直接在AIM 1中探讨这一假设 通过测试NPC如何使用两种互补方法对NE张力的变化做出响应,电子 晶格(ET)和荧光共振能量传递(FRET)在fret对之间进行了设计 NPC脚手架。 ET将用于检查核孔径的变化,但将使用FRET来检查 使用遗传和 环境扰动。在互补但独立的目标2中,我将测试NE张力如何影响 NPC的功能通过询问定位和动力学(使用荧光恢复后 一系列荧光蛋白记者的光漂白(FRAP),我可以在变化的背景下放置 在AIM 1中观察到的NPC构象中。这些体内实验将与体外一起进行 使用光学镊子观察NPC的扩散是如何响应NE的直接调制的方法 纯化核的张力。这些目标的完成将决定NE张力如何影响结构和 NPC的功能并在细胞中建立新的机械感应途径。

项目成果

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