Investigations of proteome turnover kinetics under cellular differentiation

细胞分化下蛋白质组周转动力学的研究

基本信息

  • 批准号:
    10705639
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 38.88万
  • 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:
    2022-09-17 至 2027-07-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

PROJECT SUMMARY Investigations of Proteome Turnover Kinetics Under Cellular Differentiation: Proteins are in a constant flux of continuous synthesis and degradation, both of which contribute to regulate protein levels in the cell. Although this fact has been known for 80 years, currently most biological inquiries are limited to static snapshots of overall transcript and protein levels, whereas knowledge into the dynamic changes of protein turnover remains severely lagging. This ESI MIRA proposal seeks to advance the current understanding of how cellular proteomes remodel during cell state transitions, by incorporating protein turnover kinetics information at key stages of human induced pluripotent stem cell (iPSC) differentiation into distinct cellular lineages. Working with collaborators, we previously developed deuterium stable isotope labeling, mass spectrometry, and kinetic modeling methods to quantitate protein turnover in animal models and in human. In doing so, we found many novel cell states and disease markers may be discovered from integrating orthogonal protein abundance and kinetics information. In the next five years, we propose to: (1) apply these methods to acquire a high temporal density map of human iPSC trilineage differentiation into cardiomyocyte, hepatocyte, and neuroprogenitor cells; (2) interrogate the regulatory principles that govern turnover flux across different differentiation stages; and (3) assess the functional consequences of protein degradation on the success and cell maturity of terminal cell production. Finally, a limitation of current techniques is that the kinetic models used in protein turnover studies largely assume a non-changing protein pool size at steady state, which does not apply to differentiating cells or progressing diseases. We propose to expand current models of analyzing heavy water stable isotope label experiments toward dynamical systems with variable protein pool sizes. If successful, the proposed research would greatly expand the current knowledge of molecular events that take place during human iPSC differentiation, as well as generate publicly available data sets and software tools to advance protein turnover studies in diverse areas.
项目概要 细胞分化下蛋白质组周转动力学的研究:蛋白质处于恒定流动状态 持续合成和降解,两者都有助于调节细胞中的蛋白质水平。虽然 这个事实已经为人所知 80 年了,目前大多数生物学查询仅限于静态快照 总体转录物和蛋白质水平,而对蛋白质周转动态变化的了解仍然存在 严重滞后。 ESI MIRA 提案旨在增进当前对细胞如何 通过在关键位置整合蛋白质周转动力学信息,在细胞状态转变期间进行蛋白质组重塑 人类诱导多能干细胞 (iPSC) 分化为不同细胞谱系的阶段。与...一起工作 合作者,我们之前开发了氘稳定同位素标记、质谱和动力学 定量动物模型和人类蛋白质周转的建模方法。在这样做的过程中,我们发现了很多 新的细胞状态和疾病标志物可以通过整合正交蛋白质丰度和 动力学信息。在未来五年中,我们建议:(1)应用这些方法来获得高时间 人 iPSC 三系分化为心肌细胞、肝细胞和神经祖细胞的密度图; (2) 质疑不同分化阶段管理营业额流量的监管原则;和(3) 评估蛋白质降解对终末细胞成功和细胞成熟度的功能影响 生产。最后,当前技术的局限性是蛋白质周转研究中使用的动力学模型 很大程度上假设稳定状态下蛋白质库大小不变,这不适用于分化细胞 或疾病进展。我们建议扩展当前分析重水稳定同位素标记的模型 针对具有可变蛋白质库大小的动力系统的实验。如果成功的话,拟议的研究 将极大地扩展目前对人类 iPSC 期间发生的分子事件的了解 差异化,以及生成公开可用的数据集和软件工具以促进蛋白质周转 不同领域的研究。

项目成果

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