Molecular analysis of nuclear lamin assembly

核纤层组装的分子分析

基本信息

项目摘要

Project Summary Lamin filaments are central structural organizers of the metazoan nucleus. They contribute to nuclear function by controlling nuclear structure, separating the nucleoplasm from the cytoplasm and organizing the genome into differentially regulated subdomains. Many diseases are associated with lamin dysregulation and abnormal nuclear structure, underscoring the importance of these molecules. Despite the importance of lamins in normal nuclear function, molecular mechanisms controlling lamin assembly are poorly understood. Previous studies attempted to dissect lamin assembly using recombinant lamin proteins purified under denaturing conditions and simultaneously refolded and assembled into filamentous structures through removal of denaturant. It is now clear that the lamin structures assembled in these experiments do not resemble lamin filaments in cells. The goal of this proposal is to develop experimental systems for studying physiological lamin assembly and to determine the assembly pathway and mechanism of lamin assembly. The research is expected to extend understanding of nuclear structure and function, and of diseases associated with dysregulation of nuclear structure and function. The proposed experiments aim to uncover molecular mechanisms of lamin assembly. In vitro experiments will be conducted in Xenopus laevis egg extracts, which contain their own soluble lamin protein, eliminating the need for recombinant lamins in assembly assays. Xenopus egg extracts can assemble diverse lamin structures. By varying assembly conditions and studying these lamin assemblies using fluorescence and electron microscopy, cellular structures and signals that control lamin assembly will be identified. Using analytical biochemistry, the soluble lamin subunit will be characterized, along with any proteins that are in a stable complex with the soluble lamin subunit. Importin  and  are known binding partners of soluble lamin in Xenopus egg extract. Proposed experiments will determine how importins and other lamin-binding proteins regulate lamin assembly. In vivo experiments will be conducted in genome edited stem cells. Mouse embryonic stem cells with the genes encoding all three lamin isoforms knocked out have been isolated and propagated by the host lab. Inducibly expressing fluorescently tagged lamin in these cells is predicted to result in nascent lamin meshwork assembly, allowing visualization of the succession of lamin assembly using fluorescence and electron microscopy. By comparing assembly of fluorescently tagged lamin mutants to assembly of wild type lamins, the research will determine whether the lamin assembly pathway is altered by disease-causing lamin mutations. The research proposed will be conducted in the laboratory of Dr. Yixian Zheng at the Carnegie Institution for Science Department of Embryology. Research will be carried out independently with biweekly guidance provided by Dr. Zheng. Experimental training, along with training in science writing and presentation, will be accomplished through one-on-one interactions between Dr. Zheng and the trainee and through participation in the collegial, collaborative, and interactive environment of the Carnegie Institution.
项目概要 核纤层蛋白丝是后生动物核的中心结构组织者,它们有助于核功能。 通过控制核结构,将核质与细胞质分离并将基因组组织成 许多疾病与核纤层蛋白失调和异常有关。 核结构,强调了这些分子的重要性,尽管核纤层蛋白在正常情况下很重要。 先前的研究对核功能、控制核纤层蛋白组装的分子机制知之甚少。 尝试使用在变性条件下纯化的重组核纤层蛋白来解剖核纤层蛋白组装,并且 现在已经清楚,通过去除变性剂,同时重新折叠并组装成丝状结构。 这些实验中组装的核纤层蛋白结构与细胞中的核纤层蛋白丝并不相似。 该提案旨在开发用于研究生理核纤层蛋白组装的实验系统并确定 该研究有望扩展对核纤层蛋白组装的组装途径和机制的理解。 核结构和功能,以及与核结构和功能失调相关的疾病。 所提出的实验旨在揭示核纤层蛋白体外组装的分子机制。 实验将在非洲爪蟾卵提取物中进行,该提取物含有其自身的可溶性核纤层蛋白, 无需组装检测中的重组核纤层蛋白,非洲爪蟾卵提取物可以组装多种不同的蛋白。 通过改变组装条件并使用荧光和研究这些层粘连蛋白组装。 电子显微镜、控制核纤层蛋白组装的细胞结构和信号将通过分析来识别。 生物化学中,可溶性核纤层蛋白亚基以及稳定复合物中的任何蛋白质都将被表征 与可溶性核纤层蛋白亚基一起,Importin  和  是爪蟾卵中可溶性核纤层蛋白的已知结合伙伴。 拟议的实验将确定输入蛋白和其他核纤层蛋白结合蛋白如何调节核纤层蛋白。 体内实验将在基因组编辑的干细胞中进行。 所有三种核纤层蛋白亚型都被敲除的编码基因已被宿主实验室分离和繁殖。 预计在这些细胞中诱导表达荧光标记的核纤层蛋白将导致新生核纤层蛋白网状结构 组装,允许使用荧光和电子对核纤层蛋白组装的连续性进行可视化 通过比较荧光标记核纤层蛋白突变体的组装与野生型核纤层蛋白的组装, 研究将确定核纤层蛋白组装途径是否因引起疾病的核纤层蛋白突变而改变。 拟议的研究将在卡内基研究所郑一贤博士的实验室进行 胚胎学科学系的研究将在每两周的指导下独立进行。 由郑博士提供实验培训以及科学写作和演示培训。 通过郑博士与学员之间的一对一互动以及参与 卡内基研究所的学院、协作和互动环境。

项目成果

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