细胞长程力在上皮管状结构自组装中的作用及其信号转导机制研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11872129
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    63.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A1002.多尺度力学生物学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Tubular structures are one of the most common tissue types, enabling bulk transport of molecules and other substances in human body. How cells assemble into such long and well-organized tubes is an important question in tubulogenesis. In recent years, the role of long-range mechanical force, which crosses the scale beyond single cells to function on cell-population and tissue/organ levels, has attracted enthusiastic attention in tubulogenesis. During in vitro three-dimensional (3D) culture, it was found that mammary epithelial cells can rely on long-range mechanical force to establish distant crosstalk through assembled type-I collagen fiber straps, thus guiding the tubular pattern formation. However, so far the characterization of the long-range mechanical force and its signaling mechanism during tubulogenesis is still limited. This project is to study the role of long-range force and its mechanism in the self-organization of tubular structures, based on the two three-dimensional culture models of mammary and kidney epithelial cells. The major study aims include: 1) to investigate the mechanical mechanism how long-range force induces the assembly of type I collagen fiber straps by incorporating cell rotation mobility-induced dynamic tension force on the 3D gel; 2) by application of fluorescent probes such as FRET biosensors, to reveal the signaling mechanism how long-range force activates cells via collagen straps to induce self-assembly of epithelial tube patterns; 3) to determine the critical role of long-range force in the rapid and collective polarization of epithelial cell group occurred during tubular morphogenesis. This project is to provide important evidence for the mechanism study on long-range force in tubulogenesis, and to recognize the special biological function of long-range force at cell-population level beside single-cell biomechanics, which has important implications in scientific theory and health-relevant applications.
管状结构是体内最常见的一种组织形式,具有关键的物质运输功能,而细胞群体如何组装形成管状结构,是组织发生中的重要科学问题。近来,细胞长程力作用,即力的传递范围超越单细胞而作用于细胞群体,在管状结构发生中的作用引起了重视。申请人在前期研究中发现,细胞通过长程力诱导胞外基质中I型胶原纤维带形成,从而促进上皮管状结构的自组装,但其作用机制尚未明了。本项目拟在乳腺和肾上皮细胞三维培养模型中,研究长程力在上皮管状结构自组装中的作用及其信号转导机制,包括:1)细胞长程力作用中I型胶原纤维带的诱导和形成机制;2)长程力作用通过I型胶原纤维带激活细胞和诱导管状结构自组装的力学信号转导机制;3)长程力在管状结构形成中对细胞群体快速协同极化的诱导作用。本项目的研究将有助认识长程力作用在细胞群体生物学中的独特功能,为体内上皮管状组织结构发生的力学生物学机制提供理论依据,具有重要的科学意义和应用价值。

结项摘要

体内组织器官的发生是一个精确而自主调控的过程,生物力学因素在该宏观尺度上的功能是值得探索的基础科学问题。本项目围绕揭示细胞长程力作用的基本物理与生物学机制展开,理解其在细胞群体和上皮微组织形态发生中的功能,以下是主要研究内容及结果。.1).揭示细胞长程力作用的基本物理与生物学机制,发现细胞能敏感响应相邻细胞通过基质传递的张应力,从而建立长距离的力学交流,促进细胞定向迁移和群体自组装,其作为细胞间的一种基本信号交流方式,称为“细胞长距离力学通讯”。.2).发现液相层面的细胞-基质互作调节上皮微组织的形态发生。肾上皮MDCK细胞摄取溶液中的基质成分,生成的片层状基底膜和纤维状胶原分别介导上皮球形小叶、上皮管状结构与分枝形态的发生,而改变基底的力学微环境后,如悬浮培养或在非弹性形变的琼脂糖凝胶上,细胞不能有效组装成管状结构,体现长距离力学因素的调节作用。.3).阐明细胞长距离力学通讯的分子机制,证实细胞内质网膜上的钙通道、肌丝骨架、膜上整合素蛋白参与细胞之间的力学响应,N钙黏蛋白是力学调控细胞形成稳定网格结构的必要条件。结合FRET活细胞观测技术,阐明基底拉伸力激活细胞内ERK活性的力学信号机制,发现机械拉升力通过激活钙信号、肌丝骨架等激活ERK。.4).深入理解细胞力学重构胶原基质的力学机制及相关联的细胞信号。分子动力学和有限元模型高度预测了细胞力学促进不同几何形状的胶原纤维图案发生,证实细胞力学在基质中的动态存在和各向异性分布,促进胶原基质的不均匀重构,并发现细胞肌动蛋白骨架、内质网钙通道、膜上力敏感受体起调节作用。 . 依据本项目研究的一个结论具有重要基础科学意义,即长距离力学作用在细胞群体和组织水平上提供了一种基本的通讯交流方式,同时本工作为组织与器官在发育中形成的异质性结构提供了细胞力学角度的可能解读。

项目成果

期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Cell motion-coordinated fibrillar assembly of soluble collagen I to promote MDCK cell branching formation
细胞运动协调的可溶性胶原蛋白 I 纤维状组装促进 MDCK 细胞分支形成
  • DOI:
    10.1016/j.bbrc.2020.01.019
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Biochemical and Biophysical Research Communications
  • 影响因子:
    3.1
  • 作者:
    Jiajia Wang;Jia Guo;Bo Che;Mingxing Ouyang;Linhong Deng
  • 通讯作者:
    Linhong Deng
Cell-extracellular matrix interactions in the fluidic phase direct the topology and polarity of self-organized epithelial structures.
流体相中的细胞-细胞外基质相互作用指导自组织上皮结构的拓扑和极性
  • DOI:
    10.1111/cpr.13014
  • 发表时间:
    2021-04
  • 期刊:
    Cell proliferation
  • 影响因子:
    8.5
  • 作者:
    Ouyang M;Yu JY;Chen Y;Deng L;Guo CL
  • 通讯作者:
    Guo CL
FRET Visualization of Cyclic Stretch-Activated ERK via Calcium Channels Mechanosensation While Not Integrin β1 in Airway Smooth Muscle Cells.
通过钙通道机械感觉的循环拉伸激活 ERK 的 FRET 可视化,而不是气道平滑肌细胞中的整合素 β1
  • DOI:
    10.3389/fcell.2022.847852
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Frontiers in cell and developmental biology
  • 影响因子:
    5.5
  • 作者:
  • 通讯作者:
Mechanical communication-associated cell directional migration and branching connections mediated by calcium channels, integrin β1, and N-cadherin.
由钙通道、整合素β1 和 N-钙粘蛋白介导的机械通讯相关细胞定向迁移和分支连接
  • DOI:
    10.3389/fcell.2022.942058
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Frontiers in cell and developmental biology
  • 影响因子:
    5.5
  • 作者:
  • 通讯作者:
异丙肌苷通过Src/ Ras和钙信号通路上调细胞外调节蛋白激酶活性促进T细胞增殖
  • DOI:
    10.19529/j.cnki.1672-6278.2020.02.02
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    生物医学工程研究
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李亚芹;邓林红;欧阳明星
  • 通讯作者:
    欧阳明星

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其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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