Mechanisms and developmental functions of cytoplasmic flows in early embryogenesis

早期胚胎发生中细胞质流动的机制和发育功能

基本信息

  • 批准号:
    10297436
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 30.13万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2021-09-20 至 2025-08-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Abstract  The  integration  of  biochemical  and  mechanical  signals  is  an  important  and  ubiquitous  feature  of  biological  systems.  During  embryonic  development,  this  integration  is  required  for  complex  tissue  organization  and  function. We have recently shown that during the early, pre-­blastoderm stages of Drosophila embryogenesis the  integrated activities of the cell cycle oscillator and actomyosin contractility generate a self-­organized mechanism  of nuclear positioning which is essential for synchronization of the cell cycle. At the core of this mechanism are  cytoplasmic  flows  that  are  initiated  by  cortical  contractions.  These,  in  turn,  are  linked  spatiotemporally  to  the  oscillation of mitotic Cyclin-­dependent kinase 1 (Cdk1) and protein phosphatase 1 (PP1). These flows are able  to transport nuclei and are responsible for their accurate positioning across the embryo. The goal of this proposal  is to build on these novel findings and to understand more deeply the mechanisms and developmental functions  of cytoplasmic flows. We will take three approaches to address these fundamental questions. 1. We will build a  biophysical model that captures the coupling of biochemical and mechanical signals and the effective physical  properties of the cytoplasm. The coupling between the cytoskeleton and the cytosol will be modeled by a two-­ fluid model: an active contractile gel and a viscous cytosol. 2. We will use genetic and optogenetics approaches  to alter cortical contractility as well as transgenic approaches to change the geometry of the embryo and a novel  setup to control temperature. These experiments will provide a novel paradigm for understanding the molecular  mechanisms  underlying  the  generation  and  the  properties  of  cytoplasmic  flows.  3.  We  will  test  whether  cytoplasmic  flows  play  a  role  in  the  formation  of  morphogen  gradients.  Specifically,  we  will  use  quantitative  imaging and mathematical modeling to determine whether cytoplasmic flows affect the formation of the anterior-­ posterior  gradient  of  Bicoid  morphogen  in  the  syncytial  Drosophila  embryo.  Taken  together  these  studies  will  provide a new paradigm for the integration of biochemical and mechanical signals that is likely to have general  relevance for other developmental systems.
抽象的 生化和机械信号的整合是生物学的重要且无处不在的特征 系统。在胚胎开发过程中,复杂的组织组织和 功能。我们最近表明,在果蝇胚胎发生的早期,前芽剂前阶段 细胞周期振荡器和肌动球蛋白收缩力的综合活性产生自组织的机制 核位置,这对于细胞周期同步至关重要。这种机制的核心是 由皮质收缩引发的细胞质流。这些反过 有丝分裂细胞周期蛋白依赖性激酶1(CDK1)和蛋白质磷酸酶1(PP1)的振荡。这些流动区域 运输核并负责在整个胚胎上的准确定位。该提议的目标 是基于这些新颖的发现,并更深入地了解机制和发展功能 细胞质流。我们将采用三种方法来解决这些基本问题。 1。我们将建造一个 捕获生化和机械信号的耦合以及有效物理的生物物理模型 细胞质的特性。细胞骨架和细胞质之间的耦合将由两种 流体模型:活性收缩凝胶和粘性细胞质。 2。我们将使用遗传和光遗传学方法 改变皮质收缩力以及转基因方法,以改变胚胎的几何形状和新颖 设置以控制时间正性。这些实验将为理解分子提供新的范式 产生的机制和细胞质流的特性。 3。我们将测试是否 细胞质流动在形成梯度的形成中起作用。具体来说,我们将使用定量 成像和数学建模,以确定胞质流是否影响前质流的形成 果蝇胚胎中生物形态形态学的后置梯度。总之这些研究将 为整合生化和机械信号的整合提供了新的范式 与其他发展系统相关。

项目成果

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数据更新时间:2024-06-01

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