Biomechanics of Complex Microtubule Networks
Biomechanics of Complex Microtubule Networks
批准号:
1563280
负责人:
Michael Vershinin
金额:
$39.8万
依托单位:
依托单位国家:
美国
项目类别:
Standard Grant
财政年份:
2016
资助国家:
美国
项目状态:
已结题
起止时间:
2016-05-01 至 2020-08-31
中文摘要
人类和许多其他生物都是由细胞组成的,这些细胞拥有一个复杂的生物力学框架:细胞骨架。细胞骨架的组成和内部布局因细胞而异。有些差异纯粹是随机的,但不同类型的细胞之间也存在明显的系统性结构差异。例如,与疾病(如癌症)有关的细胞通常具有与健康生物体中的细胞明显不同的细胞骨架。目前尚不清楚不同的细胞骨架结构与整体细胞生物力学特性之间的关系。阻碍进展的问题之一是无法在受控环境中重复组装细胞骨架网络。然而,最近开发的一项纳米级组装技术正是实现了这一点:现在可以组装最长、最不灵活的细胞骨架微管,并以足够的灵活性和精度进行操作,以在模拟细胞中所见的受控环境中构建结构。根据该奖项进行的研究将使用这种新颖的方法来检查一些关键的生物相关纤维结构的生物力学特性。这项工作还将研究微管细胞骨架的生物力学如何在结构相同但细丝结构的整体大小不同时发生变化。这些测量将提供一个大的视角(微管网络结构在细胞生物力学中的作用)和小尺度的视角(应力如何在网络中传播)。这项研究将研究几个关键的微管网络拓扑。最近展示的一种全息光学捕获方法将用于在体外以3D方式组装微管网络。全息和普通陷阱将被用来在现场操纵和探测这种网络。对于给定的网络布局,本研究还将建立模型网络的生物力学特性如何随整体规模变化。因此,所选择的微管网络结构对细胞生物力学的贡献程度将被确定。不同机械性能的细丝和交联体的作用也将使用相同的实验技术进行定量研究。
英文摘要
Humans and many other organisms are comprised of cells which possess a complex biomechanical framework: the cytoskeleton. The composition and internal layout of the cytoskeleton is different from cell to cell. Some differences are purely random but there are also clear systematic architectural differences between various cell types. For example, cells involved in diseases (e.g. cancer) often have markedly different cytoskeleton from cells in a healthy organism. It is currently not clear how different cytoskeletal architectures relate to overall cell biomechanical properties. One of the problems hindering progress has been the inability to reproducibly assemble cytoskeletal networks in a controlled environment. However, a recently developed nano-scale assembly technique allows for exactly this: the longest and least flexible cytoskeletal filaments known as microtubules can now be assembled and manipulated with sufficient flexibility and precision to build structures in a controlled environment which mimic what is seen in cells. Research conducted under this award will use this novel approach to examine the biomechanical properties of a number of key biologically relevant filament architectures. The work will also examine how the biomechanics of microtubule cytoskeleton changes when the architecture is identical but the overall size of the filament structure is varied instead. These measurements together will provide both a big picture view (the role of microtubule network architecture in cellular biomechanics) and small scale perspective (how stress propagates across the network).This research will examine several key microtubule network topologies. A recently demonstrated holographic optical trapping approach will be used to assemble microtubule networks in vitro in 3D. Holographic and ordinary trapping will be used together to manipulate and to probe such networks in situ. For a given network layout, this study will also establish how the biomechanical properties of the model network change with overall scale. Therefore, the extent to which select microtubule network architectures contribute to cellular biomechanics will be established. The role of filaments and cross-links with different mechanical properties will also be quantitatively examined using the same experimental technique.
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Custom complex 3D microtubule networks for experimentation and engineering
用于实验和工程的定制复杂 3D 微管网络
DOI:
10.1117/2.1201608.006690
发表时间:
2016
期刊:
SPIE Newsroom
影响因子:
--
作者:
[Vershinin, Michael, Bergman, Jared, Doval, Florence]
通讯作者:
Doval, Florence
DOI:
10.1073/pnas.1707936115
发表时间:
2018-01-16
期刊:
PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA
影响因子:
11.1
作者:
[Bergman, Jared P., Bovyn, Matthew J., Vershinin, Michael D.]
通讯作者:
Vershinin, Michael D.
DOI:
10.1074/jbc.m117.790048
发表时间:
2017-07-21
期刊:
JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY
影响因子:
4.8
作者:
[Gutierrez, Pedro A., Ackermann, Bryce E., McKenney, Richard J.]
通讯作者:
McKenney, Richard J.
DOI:
10.1016/j.bpj.2016.08.006
发表时间:
2016-09-20
期刊:
BIOPHYSICAL JOURNAL
影响因子:
3.4
作者:
[Hong, Weili, Takshak, Anjneya, Vershinin, Michael]
通讯作者:
Vershinin, Michael
Artificial microtubule cytoskeleton construction, manipulation, and modeling via holographic trapping of network nodes
通过网络节点的全息捕获进行人工微管细胞骨架的构建、操作和建模
DOI:
10.1117/12.2237231
发表时间:
2016
期刊:
SPIE Proceedings
影响因子:
--
作者:
[Mohseni, Hooman, Agahi, Massoud H., Razeghi, Manijeh, Bergman, J., Doval, F., Vershinin, M.]
通讯作者:
Vershinin, M.
共 8 条
Biomechanics Study of SARS-CoV-2 Virus-Like Particles
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批准号:2102948
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项目类别:Standard Grant
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资助金额:$65.85万
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财政年份:2021
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负责人:Michael Vershinin
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依托单位:
RAPID: PHYSICS OF CORONAVIRUS SARS-COV-2 SURVIVAL OUTSIDE A HOST AND IMPLICATIONS FOR SEASONAL DEPENDENCE OF COVID-19 OUTBREAKS
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批准号:2026657
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项目类别:Standard Grant
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资助金额:$19.96万
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财政年份:2020
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负责人:Michael Vershinin
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依托单位:
国内基金
海外基金
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TPLATE Complex通过胞吞调控CLV3-CLAVATA多肽信号模块维持干细胞稳态的分子机制研究
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批准号:32370337
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项目类别:面上项目
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资助金额:50万元
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批准年份:2023
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负责人:王杰
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依托单位:
二甲双胍对于模型蛋白、γ-secretase、Complex I自由能曲面的影响
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批准号:--
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:30万元
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批准年份:2022
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负责人:郭子龙
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依托单位:
高脂饮食损伤巨噬细胞ndufs4表达激活Complex I/mROS/HIF-1通路参与溃疡性结肠炎研究
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批准号:--
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:30万元
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批准年份:2022
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负责人:赵锐
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依托单位:
线粒体参与呼吸中枢pre-Bötzinger complex呼吸可塑性调控的机制研究
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批准号:31971055
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项目类别:面上项目
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资助金额:58.0万元
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批准年份:2019
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负责人:刘莹莹
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依托单位:
北温带中华蹄盖蕨复合体Athyrium sinense complex的物种分化
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批准号:31872651
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项目类别:面上项目
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资助金额:60.0万元
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批准年份:2018
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负责人:张宪春
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依托单位:
边缘鳞盖蕨复合体种 (Microlepia marginata complex) 的网状进化及物种形成研究
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批准号:31860044
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项目类别:地区科学基金项目
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资助金额:37.0万元
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批准年份:2018
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负责人:王任翔
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依托单位:
益气通络颗粒及主要单体通过调节cAMP/PKA/Complex I通路治疗气虚血瘀证脑梗死的机制研究
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批准号:81703747
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:20.0万元
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批准年份:2017
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负责人:薛冰洁
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依托单位:
生物钟转录抑制复合体 Evening Complex 调控茉莉酸诱导叶片衰老的分子机制研究
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批准号:31670290
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项目类别:面上项目
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资助金额:62.0万元
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批准年份:2016
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负责人:张媛媛
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依托单位:
延伸子复合物(Elongator complex)的翻译调控作用
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批准号:31360023
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项目类别:地区科学基金项目
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资助金额:51.0万元
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批准年份:2013
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负责人:黄波
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依托单位:
Complex I 基因变异与寿命的关联及其作用机制的研究
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批准号:81370445
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项目类别:面上项目
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资助金额:70.0万元
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批准年份:2013
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负责人:杨泽
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依托单位: