Nanomechanical imaging of protein dynamics via programmable DNA interactions
通过可编程 DNA 相互作用进行蛋白质动力学纳米力学成像
基本信息
- 批准号:10020421
- 负责人:
- 金额:$ 32万
- 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:2019-09-20 至 2023-07-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:3-DimensionalAddressAdoptionAreaAtomic Force MicroscopyBacteriorhodopsinsBindingBinding ProteinsBiological ModelsBiological ProcessBiomedical ResearchBiotinCalibrationChemicalsColorComplexCrystallographyDNADNA ProbesDNA SequenceData AnalysesDetectionDevelopmentDiseaseElectron MicroscopyEnzymesEquilibriumFluorescence MicroscopyGoalsImageImage AnalysisImage EnhancementImaging technologyIndividualInstitutionKineticsLabelMembraneMembrane ProteinsMethodsMicroscopeMicroscopyMolecularMultienzyme ComplexesNMR SpectroscopyPerformancePharmaceutical PreparationsPhysiologicalProtein DynamicsProteinsProtocols documentationRNAResearchResolutionSeriesShapesSignal TransductionSiteSpecificitySpeedStreptavidinStructural ProteinStructureSystemTechniquesTechnologyTestingValidationX-Ray Crystallographybasecantileverchemical groupdesignflexibilityimage reconstructionimaging platformimprovedinnovationnanomechanicsnew technologyprogramsprotein complexreconstructionsingle moleculesmall moleculestructural biologytechnology developmenttool
项目摘要
PROJECT SUMMARY
The proposed research will address challenges in imaging dynamic structures of proteins and protein
complexes in solution. Fluorescence microscopy is currently the dominant technique for chemically specific
imaging in solution. Although super-resolution techniques have dramatically pushed the resolution limits of
fluorescence microscopy, it is still a major challenge to obtain images of single-molecules and molecular
complexes with resolutions comparable to electron microscopy and X-ray crystallography. Our proposed
research will develop an atomic force microscopy (AFM) platform that harnesses short-lived DNA/DNA
interactions to achieve imaging and three-dimensional reconstruction of chemical groups within individual
proteins, multi-enzyme complexes, and complexes between proteins, RNA and DNA with near atomic
resolution and in physiologically relevant conditions. Enhancing the imaging speed will enable observation of
structural transitions. These capabilities are enabled by a series of innovations: (1) the use of short fragments
of DNA as imaging labels, wherein the sequence of DNA encodes color information, (2) the use of short-lived,
far from equilibrium interactions that boost resolution and chemical specificity, and (3) the use of specially
designed T-shaped atomic force microscopy cantilevers that allow detecting short-lived interactions. The
resulting microscopy platform will have a broad impact across many biomedical fields by providing structural
information about proteins and protein complexes that are difficult to study via the current methods.
项目概要
拟议的研究将解决蛋白质和蛋白质动态结构成像的挑战
溶液中的配合物。荧光显微镜是目前化学特异性分析的主导技术
溶液中成像。尽管超分辨率技术极大地突破了分辨率极限
荧光显微镜,获得单分子和分子图像仍然是一个重大挑战
复合物的分辨率可与电子显微镜和 X 射线晶体学相媲美。我们提出的
研究将开发一个利用短寿命 DNA/DNA 的原子力显微镜 (AFM) 平台
相互作用以实现个体内化学基团的成像和三维重建
蛋白质、多酶复合物以及蛋白质、RNA 和 DNA 之间具有近原子结构的复合物
分辨率和生理相关条件。提高成像速度将能够观察到
结构转变。这些功能是通过一系列创新实现的:(1)短片段的使用
DNA作为成像标签,其中DNA序列编码颜色信息,(2)使用短寿命、
远离提高分辨率和化学特异性的平衡相互作用,以及(3)使用特殊的
设计了 T 形原子力显微镜悬臂,可以检测短暂的相互作用。这
由此产生的显微镜平台将通过提供结构性的结果对许多生物医学领域产生广泛的影响
有关通过当前方法难以研究的蛋白质和蛋白质复合物的信息。
项目成果
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