The Functional Connectome of the Mechanically Loaded Cardiomyocyte
机械负荷心肌细胞的功能连接组
基本信息
- 批准号:10322047
- 负责人:
- 金额:$ 67.05万
- 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:2019-12-10 至 2023-11-30
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:AddressAffectAreaBehaviorBiologicalCardiacCardiac MyocytesCase StudyCell physiologyCellsCellular biologyContractile ProteinsCouplingDataDimensionsExclusionFeedbackHeartHeart failureHomeostasisImpairmentIon ChannelKnowledgeLinkMapsMathematicsMeasuresMechanical StressMethodologyModelingMolecularMuscle CellsMuscle ContractionNitric OxideOutcomeOutputPathway interactionsPatternProductionReactive Oxygen SpeciesRunningSignal PathwaySignal TransductionStimulusStressStructureSurfaceTestingTimeVentricularWorkconnectomeexperienceexperimental studyheart functionhigh dimensionalitymathematical analysismathematical modelmechanical loadmechanotransductionmodels and simulationnovel strategiespredictive modelingresponsesensorshear stressuptake
项目摘要
Mechanical load on the heart profoundly affects cardiac excitation-contraction (E-C) coupling that governs
heart function. Recent experimental studies have revealed that mechanotransduction mechanisms link to
multiple signaling pathways to modulate the activities of many ion channels, Ca2+ handling molecules, and
contractile proteins, which work in concert to regulate contractile force to compensate for external load
changes. Such autoregulation of contractility requires highly coordinated modulation of many molecules by
mechanotransduction. PROBLEM: Current mathematical modeling of cardiomyocytes often uses one-at-a-
time parameter changes in model simulations. To understand how multiple parameters and molecules change
in a coordinated pattern, however, will require a new mathematical strategy. One-at-a-time parameter changes
cannot address how multiple parameters change in a coordinated way. Studying the coordinated changes
requires simultaneously changing many model parameters but even this does not, by itself, reveal how the
changes are coordinated. INNOVATION: We will develop a new Functional Connectome approach by the
following strategy. (a) Randomly change parameters of many subsystems. Because we make few a priori
assumptions on what subsystems might be involved, this approach can reduce exclusion of some subsystems,
which is important because cellular processes are highly interconnected. (b) From many simulated parameter
combinations, we use experimental data to filter out a small number of subsets that fit all the data. Such a
subset is called an Acceptable Parameter Set (APS). (c) To determine the coordinated changes of
subsystems, we use the Singular Value Decomposition (SVD). SVD factorization of the parameter matrix
shows that the APS often lies in a low-dimensional subspace of the entire high-dimension parameter space.
The linear structure of this subspace gives both the map of connected subsystems and how the subsystems
are modulated coordinately to produce the functional output. We call this connection map the Functional
Connectome. Our interdisciplinary team will combine mathematical modeling with state-of-the-art
experiments to achieve three specific aims: (1) Extend the cardiomyocyte mathematical model to include
mechano-chemo-transduction feedback loop for studying autoregulation of Ca2+ and contractility in response to
mechanical load changes. (2) Develop the Functional Connectome modeling platform to find patterns in myriad
molecular changes. (3) Experimental test of the Functional Connectome predictions in mechanically loaded
cardiomyocytes. SIGNIFICANCE: The outcome of this project will provide a new mathematical platform for
studying coordinated changes in biological cells, which enables finding patterns in myriad molecular changes
by various stimuli, and piece together many data to form a big picture. We will apply the Functional
Connectome to study how mechanical load on cardiomyocyte causes coordinated molecular changes that give
rise to the autoregulation of contractility in the heart.
1
心脏上的机械负载深刻影响控制的心脏激发反应(E-C)耦合
心脏功能。最近的实验研究表明,机械转移机制与
多个信号通路,以调节许多离子通道,Ca2+处理分子和
收缩蛋白,协同工作以调节收缩力以补偿外部负载
更改。这种自动调节的收缩性需要高度协调对许多分子的调节
机械转导。问题:心肌细胞的当前数学建模通常使用一个at-a-
时间参数在模型模拟中的变化。了解多个参数和分子如何改变
但是,以协调模式将需要一种新的数学策略。一次性参数更改
无法解决多个参数如何以协调方式变化。研究协调的变化
需要同时更改许多模型参数,但即使这样,也没有揭示
更改是协调的。创新:我们将开发一种新的功能连接方法
以下策略。 (a)随机更改许多子系统的参数。因为我们很少有先验
关于可能涉及哪些子系统的假设,这种方法可以减少某些子系统的排除,
这很重要,因为细胞过程是高度互连的。 (b)来自许多模拟参数
组合,我们使用实验数据来滤除适合所有数据的少数子集。这样的
子集称为可接受的参数集(APS)。 (c)确定协调的更改
子系统,我们使用奇异值分解(SVD)。参数矩阵的SVD分解
表明AP通常位于整个高维参数空间的低维子空间中。
该子空间的线性结构既赋予连接子系统的地图又提供了子系统的方式
进行调制协调以产生功能输出。我们称此连接映射为功能
Connectome。我们的跨学科团队将将数学建模与最先进的
实现三个特定目标的实验:(1)将心肌细胞数学模型扩展到包括
用于研究CA2+自动调节的机械化学转移反馈回路,并响应于收缩力
机械负载变化。 (2)开发功能性连接组建模平台以查找无数的模式
分子变化。 (3)机械加载中功能连接组预测的实验测试
心肌细胞。意义:该项目的结果将为一个新的数学平台提供
研究生物细胞的协调变化,这可以在无数分子变化中找到模式
通过各种刺激,并将许多数据拼凑在一起以形成全局。我们将应用功能
连接组研究心肌细胞上的机械负荷如何引起协调的分子变化
在心脏中自动调节。
1
项目成果
期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}
{{
item.title }}
{{ item.translation_title }}
- DOI:
{{ item.doi }} - 发表时间:
{{ item.publish_year }} - 期刊:
- 影响因子:{{ item.factor }}
- 作者:
{{ item.authors }} - 通讯作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ patent.updateTime }}
Ye Chen-Izu其他文献
Ye Chen-Izu的其他文献
{{
item.title }}
{{ item.translation_title }}
- DOI:
{{ item.doi }} - 发表时间:
{{ item.publish_year }} - 期刊:
- 影响因子:{{ item.factor }}
- 作者:
{{ item.authors }} - 通讯作者:
{{ item.author }}
{{ truncateString('Ye Chen-Izu', 18)}}的其他基金
Mechanical Load Effects on Cardiac Function and Heart Diseases
机械负荷对心脏功能和心脏病的影响
- 批准号:
10573078 - 财政年份:2023
- 资助金额:
$ 67.05万 - 项目类别:
Decipher Mechano-Chemo-Transduction Pathway and Function in Cardiomyocytes
破译心肌细胞中的机械化学传导途径和功能
- 批准号:
10317392 - 财政年份:2021
- 资助金额:
$ 67.05万 - 项目类别:
Decipher Mechano-Chemo-Transduction Pathway and Function in Cardiomyocytes
破译心肌细胞中的机械化学传导途径和功能
- 批准号:
10475252 - 财政年份:2021
- 资助金额:
$ 67.05万 - 项目类别:
The Functional Connectome of the Mechanically Loaded Cardiomyocyte
机械负荷心肌细胞的功能连接组
- 批准号:
9917175 - 财政年份:2019
- 资助金额:
$ 67.05万 - 项目类别:
The Functional Connectome of the Mechanically Loaded Cardiomyocyte
机械负荷心肌细胞的功能连接组
- 批准号:
10534247 - 财政年份:2019
- 资助金额:
$ 67.05万 - 项目类别:
MECHANICAL LOAD EFFECT ON CARDIAC EXCITATION-CONTRACTION COUPLING
机械负荷对心脏兴奋-收缩耦合的影响
- 批准号:
10063898 - 财政年份:2019
- 资助金额:
$ 67.05万 - 项目类别:
MECHANICAL LOAD EFFECT ON CARDIAC EXCITATION-CONTRACTION COUPLING
机械负荷对心脏兴奋-收缩耦合的影响
- 批准号:
10318152 - 财政年份:2019
- 资助金额:
$ 67.05万 - 项目类别:
The Functional Connectome of the Mechanically Loaded Cardiomyocyte
机械负荷心肌细胞的功能连接组
- 批准号:
10065520 - 财政年份:2019
- 资助金额:
$ 67.05万 - 项目类别:
Novel Cell-in-Gel System for Mechanotransduction Study at the Single Cell Level
用于单细胞水平机械转导研究的新型凝胶细胞系统
- 批准号:
9118367 - 财政年份:2015
- 资助金额:
$ 67.05万 - 项目类别:
Novel Cell-in-Gel System for Mechanotransduction Study at the Single Cell Level
用于单细胞水平机械转导研究的新型凝胶细胞系统
- 批准号:
9321940 - 财政年份:2015
- 资助金额:
$ 67.05万 - 项目类别:
相似国自然基金
政府数据开放与资本跨区域流动:影响机理与经济后果
- 批准号:72302091
- 批准年份:2023
- 资助金额:30 万元
- 项目类别:青年科学基金项目
全球生产网络中领先企业策略合作伙伴区位重构及其对承接地区域发展的影响——战略耦合的视角
- 批准号:42371188
- 批准年份:2023
- 资助金额:46 万元
- 项目类别:面上项目
双循环下区域低碳创新多重网络的形成机制、影响效应与平衡策略研究
- 批准号:72374090
- 批准年份:2023
- 资助金额:41 万元
- 项目类别:面上项目
空间多尺度特征与时空相关的台风短临降水区域和强度预报影响研究
- 批准号:42306214
- 批准年份:2023
- 资助金额:30 万元
- 项目类别:青年科学基金项目
飘还是漂?探究风筝果(Hiptage benghalensis)翅果的扩散机制及其对局域和区域种群遗传结构与基因流的影响
- 批准号:42371054
- 批准年份:2023
- 资助金额:46 万元
- 项目类别:面上项目
相似海外基金
Executive functions in urban Hispanic/Latino youth: exposure to mixture of arsenic and pesticides during childhood
城市西班牙裔/拉丁裔青年的执行功能:童年时期接触砷和农药的混合物
- 批准号:
10751106 - 财政年份:2024
- 资助金额:
$ 67.05万 - 项目类别:
Implementation of Innovative Treatment for Moral Injury Syndrome: A Hybrid Type 2 Study
道德伤害综合症创新治疗的实施:2 型混合研究
- 批准号:
10752930 - 财政年份:2024
- 资助金额:
$ 67.05万 - 项目类别:
The Proactive and Reactive Neuromechanics of Instability in Aging and Dementia with Lewy Bodies
衰老和路易体痴呆中不稳定的主动和反应神经力学
- 批准号:
10749539 - 财政年份:2024
- 资助金额:
$ 67.05万 - 项目类别:
Fluency from Flesh to Filament: Collation, Representation, and Analysis of Multi-Scale Neuroimaging data to Characterize and Diagnose Alzheimer's Disease
从肉体到细丝的流畅性:多尺度神经影像数据的整理、表示和分析,以表征和诊断阿尔茨海默病
- 批准号:
10462257 - 财政年份:2023
- 资助金额:
$ 67.05万 - 项目类别:
MAIT cells in lupus skin disease and photosensitivity
MAIT 细胞在狼疮皮肤病和光敏性中的作用
- 批准号:
10556664 - 财政年份:2023
- 资助金额:
$ 67.05万 - 项目类别: