Dendrite structure: Data-Driven Models to Bridge from Molecules to Morphology
树突结构:数据驱动模型连接分子和形态学
基本信息
- 批准号:10308521
- 负责人:
- 金额:$ 41.88万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2020
- 资助国家:美国
- 起止时间:2020-12-01 至 2025-11-30
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:AffectBindingBiologicalBirthCellsCessation of lifeCytoskeletal ProteinsDataDendritesDevelopmentDifferential EquationDimensionsDiseaseDrosophila genusEtiologyFractalsFunctional disorderGeneticGenetic DiseasesGenotypeGoalsGrowthImageKineticsLeadLengthMarkov ChainsMeasurementMeasuresMicrotubule-Associated ProteinsModelingMolecularMorphogenesisMorphologyMotorMutationNervous system structureNeurologicNeuronsOutcomeOutputPhenotypePositioning AttributeProcessReportingResearchResolutionShapesStructureTestingTimebasecell typedata-driven modeldensitydopaminergic neuronexperimental studyflygenetic manipulationinformation processinginsightkinetic modellive cell imagingmathematical modelmulti-scale modelingmultiscale datanovelpredictive modelingsimulationtemporal measurementtheoriestool
项目摘要
PROJECT SUMMARY
Dendrite structure: Data-Driven Models to Bridge from Molecules to Morphology
The highly branched structures of dendritic arbors enable the extraordinary connectivity and
information-processing power of the nervous system. Altered dendritic morphologies are often
associated with neurological conditions and diseases. While we know many molecular
components underlying dendritic growth and structure through genetic and cell biological studies,
we still do not understand how molecular interactions generate dendritic arbors, which are
thousands to millions of times larger than the constituent molecules.
The overall goal of this application is to develop data-driven models that predict,
quantitatively, dendritic growth in Drosophila Class IV da neurons. These cells are chosen
because their dendrites can be imaged with outstanding spatial and temporal resolution, and the
genetic tools in flies facilitate molecular manipulations. Our central hypothesis is that the growing
and shrinking tips of dendrites constitute an intermediate level of organization between molecules
and morphology. This allows us to divide the large gap between genotype and phenotype into
two parts: the first is from molecules to dendrite tips, and the second is from dendrite tips to
morphology. The second part will be bridged using models.
To attain our overall objective, we will pursue the following three specific aims: (i) We will
formulate kinetic rules underlying the dynamics of dendritic tips using high-resolution, live-cell
imaging to measure the birth and death of tips through branching and retraction, and the transition
rates between different velocity states. (ii) We will develop multi-scale mathematical models that
take as input the data such as obtained in Aim 1 and predict morphologies, which will be compared
to real dendritic arbors. (iii) We will genetically perturb cytoskeletal proteins and use the models
to test whether the effects on tip dynamics account for the altered dendrite structures. The
expected outcome is mechanistic understanding of how morphological phenotypes emerge from
molecular processes occurring at the level of dendrite tips. These results will positively impact the
field by bridging genotype to phenotype and by providing insight into the pathophysiology of
genetic disorders that affect neuronal structures.
项目概要
树突结构:数据驱动模型连接分子和形态学
树突乔木的高度分支结构实现了非凡的连接性和
神经系统的信息处理能力。树突形态的改变通常是
与神经系统状况和疾病有关。虽然我们知道许多分子
通过遗传和细胞生物学研究,树突生长和结构的基础成分,
我们仍然不明白分子相互作用如何产生树突乔木,这是
比组成分子大数千至数百万倍。
该应用程序的总体目标是开发数据驱动模型来预测,
定量地,果蝇 IV 类 da 神经元中的树突生长。这些细胞被选择
因为它们的树突可以以出色的空间和时间分辨率成像,并且
果蝇的遗传工具促进了分子操作。我们的中心假设是,不断增长的
树突的收缩尖端构成了分子之间的中间组织水平
和形态。这使我们能够将基因型和表型之间的巨大差距分为
两部分:第一部分是从分子到树突尖端,第二部分是从树突尖端到
形态学。第二部分将使用模型来桥接。
为实现我们的总体目标,我们将追求以下三个具体目标: (i) 我们将
使用高分辨率活细胞制定树突尖端动力学的动力学规则
成像通过分支和回缩以及过渡来测量尖端的诞生和死亡
不同速度状态之间的速率。 (ii) 我们将开发多尺度数学模型
将目标 1 中获得的数据作为输入并预测形态,并将其进行比较
到真正的树突乔木。 (iii) 我们将从基因上扰乱细胞骨架蛋白并使用模型
测试对尖端动力学的影响是否可以解释树突结构的改变。这
预期结果是对形态表型如何产生的机械理解
分子过程发生在树突尖端水平。这些结果将对
通过将基因型与表型联系起来并提供对病理生理学的深入了解
影响神经元结构的遗传性疾病。
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 }}
Jonathon Howard其他文献
Jonathon Howard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('Jonathon Howard', 18)}}的其他基金
Microtubule Severing and Regrowth by Spastin
Spastin 微管切断和再生
- 批准号:
10221743 - 财政年份:2020
- 资助金额:
$ 41.88万 - 项目类别:
Microtubule Severing and Regrowth by Spastin
Spastin 微管切断和再生
- 批准号:
10441383 - 财政年份:2020
- 资助金额:
$ 41.88万 - 项目类别:
Microtubule Severing and Regrowth by Spastin
Spastin 微管切断和再生
- 批准号:
10643705 - 财政年份:2020
- 资助金额:
$ 41.88万 - 项目类别:
Dendrite structure: Data-Driven Models to Bridge from Molecules to Morphology
树突结构:数据驱动模型连接分子和形态学
- 批准号:
10533281 - 财政年份:2020
- 资助金额:
$ 41.88万 - 项目类别:
Microtubule Severing and Regrowth by Spastin
Spastin 微管切断和再生
- 批准号:
10441383 - 财政年份:2020
- 资助金额:
$ 41.88万 - 项目类别:
Cell Biological Limitations Constrain Dendritic Branching Morphology and Neuronal Function
细胞生物学限制限制了树突分支形态和神经元功能
- 批准号:
9146993 - 财政年份:2015
- 资助金额:
$ 41.88万 - 项目类别:
Control of microtubule length by polymerases and depolymerases
通过聚合酶和解聚酶控制微管长度
- 批准号:
8842141 - 财政年份:2014
- 资助金额:
$ 41.88万 - 项目类别:
Control of microtubule length by polymerases and depolymerases
通过聚合酶和解聚酶控制微管长度
- 批准号:
9220838 - 财政年份:2014
- 资助金额:
$ 41.88万 - 项目类别:
Control of microtubule length by polymerases and depolymerases
通过聚合酶和解聚酶控制微管长度
- 批准号:
8672892 - 财政年份:2014
- 资助金额:
$ 41.88万 - 项目类别:
MECHANICS OF KINESIN--MICROTUBULE-BASED MOTOR PROTEIN
驱动蛋白的机制——基于微管的运动蛋白
- 批准号:
3161023 - 财政年份:1990
- 资助金额:
$ 41.88万 - 项目类别:
相似国自然基金
帽结合蛋白(cap binding protein)调控乙烯信号转导的分子机制
- 批准号:
- 批准年份:2021
- 资助金额:58 万元
- 项目类别:
利用分子装订二硫键新策略优化改造α-芋螺毒素的研究
- 批准号:82104024
- 批准年份:2021
- 资助金额:30 万元
- 项目类别:青年科学基金项目
CST蛋白复合体在端粒复制中对端粒酶移除与C链填补调控的分子机制研究
- 批准号:31900521
- 批准年份:2019
- 资助金额:26.0 万元
- 项目类别:青年科学基金项目
Wdr47蛋白在神经元极化中的功能及作用机理的研究
- 批准号:31900503
- 批准年份:2019
- 资助金额:26.0 万元
- 项目类别:青年科学基金项目
ID1 (Inhibitor of DNA binding 1) 在口蹄疫病毒感染中作用机制的研究
- 批准号:31672538
- 批准年份:2016
- 资助金额:62.0 万元
- 项目类别:面上项目
相似海外基金
Causes and Downstream Effects of 14-3-3 Phosphorylation in Synucleinopathies
突触核蛋白病中 14-3-3 磷酸化的原因和下游影响
- 批准号:
10606132 - 财政年份:2024
- 资助金额:
$ 41.88万 - 项目类别:
Role of Frizzled 5 in NK cell development and antiviral host immunity
Frizzled 5 在 NK 细胞发育和抗病毒宿主免疫中的作用
- 批准号:
10748776 - 财政年份:2024
- 资助金额:
$ 41.88万 - 项目类别:
The mechanism of CELF1 upregulation and its role in the pathogenesis of Myotonic Dystrophy Type 1
CELF1上调机制及其在强直性肌营养不良1型发病机制中的作用
- 批准号:
10752274 - 财政年份:2024
- 资助金额:
$ 41.88万 - 项目类别:
Small Molecule Degraders of Tryptophan 2,3-Dioxygenase Enzyme (TDO) as Novel Treatments for Neurodegenerative Disease
色氨酸 2,3-双加氧酶 (TDO) 的小分子降解剂作为神经退行性疾病的新疗法
- 批准号:
10752555 - 财政年份:2024
- 资助金额:
$ 41.88万 - 项目类别: