Molecular Basis of the Effects of Hydrostatic Pressure on Biomacromolecules

静水压力对生物大分子影响的分子基础

基本信息

  • 批准号:
    1803045
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 73.97万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2018
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2018-08-01 至 2024-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Professor George I. Makhatadze of Rensselaer Polytechnic Institute is supported by the Chemistry of Life Processes Program in the Division of Chemistry to develop and experimentally test models of how biomacromolecules such as proteins and DNA respond and adapt to high hydrostatic pressure. The Molecular Biophysics Cluster in the Division of Molecular and Cellular Biosciences, and the Physics of Living Systems Program in the Division of Physics also contribute to this award. Hydrostatic pressure is an important environmental variable that plays a role in biological adaptation for many extremophilic organisms - organisms that can tolerate and even thrive under extreme environmental conditions. On Earth, pressure-tolerant barophiles generally populate the deep ocean floor, where the pressures on their bodies can reach 110 MPa (~1,100 atm). This project is utilizing a combination of computational modeling and biochemical and biophysical experiments to determine the pressure-dependence of protein and nucleic acid stability in extremophilic organisms. They also examine the role of hydrostatic pressure in modulating protein-DNA interactions. The results of this project may enable prediction of pressure-dependent growth phenotypes of diverse organisms. The project may also help in the design of next-generation, environmentally-friendly catalysts and robust biomaterials. Research topics and recent findings from the lab are integrated into Professor Makhatadze's teaching as part of the Biochemistry and Biophysics major at RPI. The project engages graduate students, and high school students and undergraduates in interdisciplinary research, providing specialized training in a diverse and unique scientific skill set. The objectives of this project are to probe at the structural proteome level the differences in volumetric properties of thermophilic, psychrophilic and barophilic organisms. The research provides quantitative understanding of the effects of hydrostatic pressure on protein-DNA interactions and nucleic acids. This understanding is being achieved by uniquely combining biochemical and biophysical experiments with computational tools to interrogate and compare volume changes upon protein unfolding in specific barophilic organisms at the structural proteome level. The research team also investigates the effects of hydrostatic pressure on stability of alpha-helices, and compares model predictions against high-pressure cell measurements of volume changes due to helix-coil transitions. Dr. Makhatadze analyzes the effects of hydrostatic pressure, including hydration, on the stability of nucleic acids as the progenitor building blocks of life and investigate the effects of hydrostatic pressure on protein-DNA interactions, for comparison with high-pressure fluorescence experiments. In addition to training graduate researchers in interdisciplinary computational and experimental research at the intersection of biophysics and biochemistry, the team mentors high school and undergraduate students as active, ongoing participants in laboratory research. Outreach to minority undergraduates through summer internships are provided by the Rensselaer's Louis Stokes Alliance for Minority Participation (LSAMP) program.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
Rensselaer理工学院的George I. Makhatadze教授得到了化学过程的化学过程计划的支持,以开发和实验测试模型,以了解诸如蛋白质和DNA之类的生物乳糖分子如何反应并适应高液压压力。 分子生物科学和细胞生物科学划分的分子生物物理学集群,以及物理学划分的生物体系程序计划也有助于该奖项。 静液压是一个重要的环境变量,在许多极端粒细胞生物的生物适应中起作用 - 在极端环境条件下可以耐受甚至繁殖的生物。在地球上,耐压力承受的负重通常填充深海地板,其身体上的压力可以达到110 MPa(〜1,100 atm)。 该项目利用计算建模和生化和生物物理实验的结合来确定蛋白质和核酸稳定性在过度粒细胞生物中的压力依赖性。 他们还检查了静液压在调节蛋白-DNA相互作用中的作用。 该项目的结果可能可以预测各种生物体的压力依赖性生长表型。 该项目还可能有助于设计下一代,环保的催化剂和强大的生物材料。 RPI的生物化学和生物物理学专业的一部分,将实验室的研究主题和最新发现纳入了Makhatadze教授的教学中。 该项目与研究生,高中生和本科生参与跨学科研究,提供了多种独特的科学技能培训。该项目的目标是在结构蛋白质组级别探测嗜热,精神嗜和性能生物的体积特性的差异。该研究提供了对静液压对蛋白质-DNA相互作用和核酸的影响的定量理解。 通过将生化和生物物理实验与计算工具相结合,以询问和比较体积变化对蛋白质在结构蛋白质组水平上的特定果皮生物中展开的蛋白质的变化,从而实现了这种理解。 研究小组还研究了静水压力对α-螺旋稳定性的影响,并将模型预测与由于螺旋线圈过渡引起的体积变化的高压细胞测量结果进行了比较。 Makhatadze博士分析了包括水合在内的静水压力对核酸作为生命的祖细胞的稳定性的影响,并研究了液压压力对蛋白质-DNA相互作用的影响,以与高压荧光实验进行比较。除了培训生物物理学和生物化学交集的跨学科计算和实验研究的研究生研究人员外,团队指导了高中和本科生,作为活跃的实验室研究参与者。 伦斯勒(Rensselaer)的路易斯·斯托克斯(Louis Stokes)少数群体参与计划(LSAMP)计划为少数群体的本科生提供宣传。该奖项反映了NSF的法定任务,并被认为是值得通过基金会的知识分子优点和更广泛影响的审查标准来通过评估来获得支持的。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
The Volumetric Properties of the Transition State Ensemble for Protein Folding
蛋白质折叠过渡态整体的体积特性
  • DOI:
    10.26434/chemrxiv-2021-svw4f
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Avagyan, Samvel and
  • 通讯作者:
    Avagyan, Samvel and
Protein adaptation to high hydrostatic pressure: Computational analysis of the structural proteome
蛋白质对高静水压的适应:结构蛋白质组的计算分析
  • DOI:
    10.1002/prot.25839
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Avagyan, Samvel;Vasilchuk, Daniel;Makhatadze, George I.
  • 通讯作者:
    Makhatadze, George I.
Evolutionary conservation and structural localizations suggest a physical trace of metabolism’s progressive geochronological emergence
进化保守和结构定位表明新陈代谢的物理痕迹——渐进的地质年代出现
  • DOI:
    10.1080/07391102.2019.1679666
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.4
  • 作者:
    Pollack, J. Dennis;Gerard, David;Makhatadze, George I.;Pearl, Dennis K.
  • 通讯作者:
    Pearl, Dennis K.
Effects of Hydrostatic Pressure on the Thermodynamics of CspB-Bs Interactions with the ssDNA Template
静水压力对 CspB-Bs 与 ssDNA 模板相互作用热力学的影响
  • DOI:
    10.1021/acs.biochem.1c00561
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Avagyan, Samvel;Makhatadze, George I.
  • 通讯作者:
    Makhatadze, George I.
The volume changes of unfolding of dsDNA
双链DNA展开时的体积变化
  • DOI:
    10.1016/j.bpj.2022.08.005
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Makhatadze, George I.;Chen, Calvin R.;Khutsishvili, Irine;Marky, Luis A.
  • 通讯作者:
    Marky, Luis A.
{{ 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 }}

George Makhatadze其他文献

大腸菌由来CutA1へのイオン性残基導入による熱安定性の変化
由于将离子残基引入大肠杆菌衍生的 CutA1 中而导致热稳定性发生变化
  • DOI:
  • 发表时间:
    2009
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    松浦祥悟;竹平美千代;George Makhatadze;Bagautdin Bagautdinov;国島直樹;油谷克英
  • 通讯作者:
    油谷克英

George Makhatadze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('George Makhatadze', 18)}}的其他基金

MRI: Acquisition of a High Pressure Stopped-Flow Instrument for Studying Biological Systems under Extreme Conditions
MRI:购买高压停流仪器,用于研究极端条件下的生物系统
  • 批准号:
    2213116
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 73.97万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Molecular Basis of the Effects of Hydrostatic Pressure on Protein Stability
静水压力对蛋白质稳定性影响的分子基础
  • 批准号:
    1506468
  • 财政年份:
    2015
  • 资助金额:
    $ 73.97万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Experimental and Theoretical Studies of Charge-Charge Interactions in Proteins
蛋白质中电荷相互作用的实验和理论研究
  • 批准号:
    1330249
  • 财政年份:
    2013
  • 资助金额:
    $ 73.97万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Molecular Basis of the Effects of Hydrostatic Pressure on Protein Stability
静水压力对蛋白质稳定性影响的分子基础
  • 批准号:
    1145407
  • 财政年份:
    2012
  • 资助金额:
    $ 73.97万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Experimental and Theoretical Studies of Charge-Charge Interactions in Proteins
蛋白质中电荷相互作用的实验和理论研究
  • 批准号:
    0818419
  • 财政年份:
    2008
  • 资助金额:
    $ 73.97万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Experimental and Theoretical Studies of Charge-Charge Interactions in Proteins
蛋白质中电荷相互作用的实验和理论研究
  • 批准号:
    0802141
  • 财政年份:
    2007
  • 资助金额:
    $ 73.97万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Experimental and Theoretical Studies of Charge-Charge Interactions in Proteins
蛋白质中电荷相互作用的实验和理论研究
  • 批准号:
    0416746
  • 财政年份:
    2004
  • 资助金额:
    $ 73.97万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Experimental and Theoretical Studies of Charge-Charge Interactions in Proteins
蛋白质中电荷相互作用的实验和理论研究
  • 批准号:
    0110396
  • 财政年份:
    2001
  • 资助金额:
    $ 73.97万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Acqisition of Biophysical Instrumentation for Molecular Recognition Studies
获取用于分子识别研究的生物物理仪器
  • 批准号:
    9604753
  • 财政年份:
    1997
  • 资助金额:
    $ 73.97万
  • 项目类别:
    Standard Grant

相似国自然基金

企业基础科学研究的动因、机制与经济效果研究
  • 批准号:
    72302229
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30.00 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
环境微振动下基于压电装置的基础隔振机理和效果研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2021
  • 资助金额:
    58 万元
  • 项目类别:
    面上项目
环境微振动下基于压电装置的基础隔振机理和效果研究
  • 批准号:
    52178351
  • 批准年份:
    2021
  • 资助金额:
    58.00 万元
  • 项目类别:
    面上项目
调湿材料与辐射系统主被动协同调控建筑热湿环境的基础理论及实验研究
  • 批准号:
    51878535
  • 批准年份:
    2018
  • 资助金额:
    60.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
移动互联网基础的认知偏向矫正训练作用于焦虑的效果及机制
  • 批准号:
    31671136
  • 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

Study of nuclear receptors and repeat sequences to reveal the basis of prenatal neurological effects of environmental chemicals
研究核受体和重复序列以揭示环境化学物质对产前神经系统影响的基础
  • 批准号:
    23H00521
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 73.97万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
Genetic and neuroanatomical basis of neuropsychiatric symptoms in Alzheimer's disease in populations of diverse ancestry
不同血统人群中阿尔茨海默病神经精神症状的遗传和神经解剖学基础
  • 批准号:
    10567606
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 73.97万
  • 项目类别:
Molecular epidemiological study of transgenerational effects caused by heated tobacco products on the basis of multiomics analysis of biological samples
基于生物样本多组学分析的加热烟草制品引起的跨代效应的分子流行病学研究
  • 批准号:
    23H03146
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 73.97万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
ORCC: Migratory organisms in a changing world: from the molecular basis of migratory timing to models predicting the effects of specific conservation strategies.
ORCC:不断变化的世界中的迁徙生物:从迁徙时间的分子基础到预测特定保护策略效果的模型。
  • 批准号:
    2306419
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 73.97万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Computational analysis of single-nucleus sequencing data for studying the cell type-specific basis of opioid use disorders
单核测序数据的计算分析,用于研究阿片类药物使用障碍的细胞类型特异性基础
  • 批准号:
    10663815
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 73.97万
  • 项目类别:
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了