Metabolic modeling of carbon partitioning under the control of inositol polyphosphate signaling
肌醇多磷酸信号控制下碳分配的代谢模型
基本信息
- 批准号:1616820
- 负责人:
- 金额:$ 74.5万
- 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
- 起止时间:2016-09-01 至 2020-08-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
Photosynthetic algae are a critical component of the earth's carbon cycle. Carbon dioxide is taken up by algae and converted into macromolecules that are the building blocks for producing more cells; alternatively this carbon can be used to produce storage compounds such as starch and storage lipids (oil). Very little is known about the metabolic control mechanisms that direct carbon towards these different fates. This project uses the single celled green alga Chlamydomonas to investigate carbon partitioning under the control of a newly discovered signaling system involving a specialized class of molecules called inositol polyphosphates. The regulation of inositol polyphosphates by light, carbon and other environmental cues will be determined and their impact on carbon metabolism will be measured and modeled so that the mechanism by which they control intracellular carbon partitioning can be pinpointed. These studies will provide a deeper understanding of a key aspect of photosynthetic metabolism and enable the development of strategies for manipulating algae to improve yields of biotechnologically relevant compounds. Two postdoctoral fellows and multiple undergraduate will receive cross-disciplinary training and mentoring in algal cell biology and physiology, metabolic modeling and mass spectrometry in a facility whose mission is to perform transformative science and train the next generation of scientists. A major challenge in biology is understanding how cells control the flux of carbon through metabolic networks to produce storage compounds versus growth to produce more cells. This project will decipher a new mode of intracellular signaling that uses inositol polyphosphates to control steady state metabolic flux into neutral lipids in a model photosynthetic eukaryote, Chlamydomonas. Inositol polyphosphates and their biosynthetic enzymes play diverse roles in intracellular signaling, but have not been previously linked to photosynthetic carbon partitioning. Because inositol polyphosphates are conserved, the outcomes of this research are likely to be broadly applicable for understanding algal and plant carbon partitioning. The PIs hypothesize that inositol polyphosphates produced by Chlamydomonas VIP1 control metabolic responses that specifically impact the production of storage lipids (triacylglycerol). This research will: i) characterize VIP1 protein activity in vitro and test whether its predicted catalytic activities are required for function; ii) test the hypothesis that inositol polyphosphate isomer levels reflect differences in growth metabolism under different trophic conditions; iii) characterize transcriptomes and metabolomes of wild type and vip1-1 under different trophic conditions to identify areas where the mutant shows altered metabolic regulation; iv) employ quantitative metabolic flux modeling (INST-MFA) to identify branch points in carbon metabolism impacted by inositol polyphosphates. This research will expose undergraduates from a primarily minority institution to cutting edge scientific instrumentation, analytical methods and modeling approaches and engage post-doctoral scientists in a highly collaborative project that requires integration across diverse disciplines and provides them with leadership and mentoring opportunities.
光合藻类是地球碳循环的重要组成部分。二氧化碳被藻类吸收并转化为大分子,这些大分子是产生更多细胞的基石;或者,这种碳可以用来产生储存化合物,如淀粉和储存脂质(油)。 对于将碳导向这些不同命运的代谢控制机制知之甚少。 这个项目使用单细胞绿色披衣菌来研究在一个新发现的信号系统控制下的碳分配,该信号系统涉及一类称为肌醇多磷酸的特殊分子。 将确定肌醇多磷酸受光、碳和其他环境因素的调节,并测量和建模其对碳代谢的影响,以便确定其控制细胞内碳分配的机制。 这些研究将提供对光合代谢的一个关键方面的更深入的理解,并能够开发操纵藻类的策略,以提高生物技术相关化合物的产量。 两名博士后研究员和多名本科生将在一个使命是进行变革性科学和培养下一代科学家的设施中接受藻类细胞生物学和生理学,代谢建模和质谱学的跨学科培训和指导。生物学中的一个主要挑战是了解细胞如何通过代谢网络控制碳流量以产生储存化合物,而不是生长以产生更多细胞。这个项目将破译一种新的细胞内信号传导模式,该模式使用肌醇多磷酸来控制光合真核生物模式衣原体中中性脂质的稳态代谢通量。 肌醇多磷酸和它们的生物合成酶在细胞内信号传导中起着不同的作用,但以前没有与光合碳分配联系起来。 由于肌醇多磷酸是保守的,这项研究的结果可能是广泛适用于了解藻类和植物碳分配。 PI假设衣原体VIP 1产生的肌醇多磷酸控制代谢反应,特别是影响储存脂质(三酰甘油)的产生。这项研究将:i)体外表征VIP 1蛋白活性并测试其预测的催化活性是否是功能所需的; ii)测试肌醇多磷酸异构体水平反映不同营养条件下生长代谢差异的假设; iii)表征不同营养条件下野生型和vip 1 -1的转录组和代谢组以鉴定突变体显示改变的代谢调节的区域; iv)采用定量代谢通量建模(MFA)来鉴定受肌醇多磷酸影响碳代谢中的分支点。这项研究将使来自主要少数民族机构的本科生接触尖端的科学仪器,分析方法和建模方法,并让博士后科学家参与一个高度协作的项目,该项目需要跨学科的整合,并为他们提供领导和指导机会。
项目成果
期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Investigating the effect of target of rapamycin kinase inhibition on the Chlamydomonas reinhardtii phosphoproteome: from known homologs to new targets
研究雷帕霉素激酶抑制靶点对莱茵衣藻磷酸蛋白质组的影响:从已知同源物到新靶点
- DOI:10.1111/nph.15339
- 发表时间:2018
- 期刊:
- 影响因子:9.4
- 作者:Werth, Emily G.;McConnell, Evan W.;Couso Lianez, Inmaculada;Perrine, Zoee;Crespo, Jose L.;Umen, James G.;Hicks, Leslie M.
- 通讯作者:Hicks, Leslie M.
{{
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 }}
James Umen其他文献
A cell-based model for size control in the multiple fission alga emChlamydomonas reinhardtii/em
基于细胞的莱茵衣藻多分裂藻类大小控制模型
- DOI:
10.1016/j.cub.2023.10.023 - 发表时间:
2023-12-04 - 期刊:
- 影响因子:7.500
- 作者:
Dianyi Liu;César Augusto Vargas-García;Abhyudai Singh;James Umen - 通讯作者:
James Umen
ボルボックスの性染色体領域から推測される雌雄性の進化
从团藻性染色体区域推断的性别进化
- DOI:
- 发表时间:
2011 - 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:
Patrick Ferris;浜地貴志;西井一郎;野崎久義;James Umen - 通讯作者:
James Umen
落葉広葉樹二次林における落葉採集かオサムシ 科甲虫相に与える影響
落叶收集对次生落叶林步甲科甲虫动物群的影响
- DOI:
- 发表时间:
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:
Patrick Ferris;浜地貴志;西井一郎;野崎久義;James Umen;佐藤里沙・逢沢峰昭・久保田耕平・大久保達弘 - 通讯作者:
佐藤里沙・逢沢峰昭・久保田耕平・大久保達弘
ボルボックス系列緑藻のゲノム進化学で追う多細胞性と雌雄性の起源
通过Volvox系列绿藻的基因组进化研究多细胞性和性感性的起源
- DOI:
- 发表时间:
2016 - 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:
Takashi Hamaji;David Lopez;Matteo Pellegrini;James Umen;浜地 貴志 - 通讯作者:
浜地 貴志
James Umen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('James Umen', 18)}}的其他基金
Evolution and Mechanism of a Conserved Regulatory Switch for Mating-Types and Sexes in Volvocine Green Algae
沃尔沃辛绿藻交配类型和性别保守调节开关的进化和机制
- 批准号:
2312043 - 财政年份:2023
- 资助金额:
$ 74.5万 - 项目类别:
Standard Grant
Collaborative Research: EAGER: Development of an Artificial Chromosome System in Chlamydomonas Based on CENH3 Tethering
合作研究:EAGER:基于 CENH3 束缚的衣藻人工染色体系统的开发
- 批准号:
2151105 - 财政年份:2022
- 资助金额:
$ 74.5万 - 项目类别:
Standard Grant
Mechanisms and evolutionary origins of germ-soma specification in a multicellular green alga, Volvox carteri
多细胞绿藻Volvox carteri生殖细胞规范的机制和进化起源
- 批准号:
1755430 - 财政年份:2018
- 资助金额:
$ 74.5万 - 项目类别:
Standard Grant
Collaborative Research: Integration of metabolic cues and life cycle decisions in Chlamydomonas
合作研究:衣藻代谢线索和生命周期决策的整合
- 批准号:
1515220 - 财政年份:2015
- 资助金额:
$ 74.5万 - 项目类别:
Standard Grant
相似国自然基金
Galaxy Analytical Modeling
Evolution (GAME) and cosmological
hydrodynamic simulations.
- 批准号:
- 批准年份:2025
- 资助金额:10.0 万元
- 项目类别:省市级项目
页岩超临界CO2压裂分形破裂机理与分形离散裂隙网络研究
- 批准号:
- 批准年份:2020
- 资助金额:0.0 万元
- 项目类别:省市级项目
非管井集水建筑物取水机理的物理模拟及计算模型研究
- 批准号:40972154
- 批准年份:2009
- 资助金额:41.0 万元
- 项目类别:面上项目
微生物发酵过程的自组织建模与优化控制
- 批准号:60704036
- 批准年份:2007
- 资助金额:21.0 万元
- 项目类别:青年科学基金项目
ABM有效性检验的关键技术研究
- 批准号:70701001
- 批准年份:2007
- 资助金额:18.0 万元
- 项目类别:青年科学基金项目
三峡库区以流域为单元森林植被对洪水影响研究
- 批准号:30571486
- 批准年份:2005
- 资助金额:25.0 万元
- 项目类别:面上项目
相似海外基金
Metabolic determinants of Staphylococcus aureus skin colonization
金黄色葡萄球菌皮肤定植的代谢决定因素
- 批准号:
10749745 - 财政年份:2023
- 资助金额:
$ 74.5万 - 项目类别:
FEASible: Sensing Factors of Environment, Activity, and Sleep to Validate Metabolic Health Burden Among Latina Women
可行:通过环境、活动和睡眠的传感因素来验证拉丁裔女性的代谢健康负担
- 批准号:
10639447 - 财政年份:2023
- 资助金额:
$ 74.5万 - 项目类别:
Alterations in neuronal metabolic pathways contribute to human cognitive aging and are exacerbated in Alzheimer's disease
神经元代谢途径的改变导致人类认知衰老,并在阿尔茨海默病中加剧
- 批准号:
10740778 - 财政年份:2023
- 资助金额:
$ 74.5万 - 项目类别:
Elucidating the Host Metabolic Response to Consumption of Kombucha-associated Microorganisms
阐明宿主对康普茶相关微生物消耗的代谢反应
- 批准号:
10678132 - 财政年份:2023
- 资助金额:
$ 74.5万 - 项目类别:
Real time imaging of immune cells and glutamate dynamics by PET and metabolic MRI
通过 PET 和代谢 MRI 对免疫细胞和谷氨酸动态进行实时成像
- 批准号:
10894490 - 财政年份:2023
- 资助金额:
$ 74.5万 - 项目类别:
Metabolic adaptation enables cisplatin resistance and inhibits tumor immunity
代谢适应使顺铂耐药并抑制肿瘤免疫
- 批准号:
10942977 - 财政年份:2023
- 资助金额:
$ 74.5万 - 项目类别:
Identifying metabolic dependencies in Hurthle cell carcinoma of the thyroid-Res 1
鉴定甲状腺 Hurthle 细胞癌的代谢依赖性-Res 1
- 批准号:
10734983 - 财政年份:2023
- 资助金额:
$ 74.5万 - 项目类别:
Metabolic Programming of Hematopoietic Stem Cell Function by Prenatal Folate
产前叶酸对造血干细胞功能的代谢编程
- 批准号:
10752238 - 财政年份:2023
- 资助金额:
$ 74.5万 - 项目类别: