Collaborative Research: IntBIO: Micro level oxygen transport mechanisms in elite diving mammals: Capillary RBC to myofiber

合作研究:IntBIO:精英潜水哺乳动物的微水平氧运输机制:毛细血管红细胞到肌纤维

基本信息

  • 批准号:
    2316378
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 41.85万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2023-12-01 至 2027-11-30
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

For mammals, oxygen is essential to breathe and fuel daily activities. However, some marine mammals have specialized adaptations that allow them to spend long time periods underwater on a single breath. One adaptation that is not well understood is how red blood cells travel and oxygen is delivered to working muscles during a long duration dive. Further, not all marine mammals have evolved with the same adaptations and genes. One genetic difference is the loss of a gene that encodes for the enzyme CMP-Neu5AC hydroxylase in pinnipeds (e.g., sea lions) but not cetaceans (e.g., dolphins). CMP-Neu5AC hydroxylase modifies sugar residues coating the surface of cells, which could significantly affect oxygen transport. This project brings together a team of researchers with expertise in marine mammal biology, hemoglobin protein structure, spectroscopy, and cell and molecular biology to test the hypothesis that there are differences between pinnipeds and cetaceans in how oxygen-carrying red blood cells reach active skeletal muscles, how oxygen is unloaded from red blood cells and how oxygen is transferred across cell membranes. Unique training opportunities will be provided for next generation scientists as they perform experiments in diverse research settings and draw from several specialized fields to answer a complex biological question. By partnering with education development experts and training teachers who serve underrepresented students, we will integrate research-based content from our oxygen transport work on diving mammals into science lessons that meet Next Generation Science Standards and will be shared with teachers locally and nationally.O2 store management studies in air-breathing marine mammals demonstrate that diving mammals not only tolerate very low O2 environments, but actually thrive under these conditions. Part of their success derives from a well-defined dive response at the systemic level (bradycardia and vasoconstriction). However, O2 exchange at the peripheral microvessel-myocyte level is not well understood. Further, there may be differences in peripheral O2 transport due to the loss of a gene in pinnipeds but not cetaceans. This gene encodes for CMP-Neu5AC hydroxylase (CMAH) which alters cell surfaces including red blood cells, potentially affecting peripheral O2 transport. Our central hypothesis is that Pinnipeds and Cetaceans have distinct peripheral morphological adaptations and O2 regulatory mechanisms for extended diving. This hypothesis will be tested by investigators with complementary expertise in marine mammal biology, Hb/Mb protein structure, advanced spectroscopy/EPR, and cell/molecular O2 models using three approaches: 1. Evaluate and model in vivo O2 delivery in California sea lions (CaSL, Pinniped, Cmah-) and bottlenose dolphins (BD, Cetacean, Cmah+) during and immediately after a simulated dive. 2. Elucidate and model the biochemical mechanisms regulating RBC Hb-O2 off-loading kinetics in Pinnipeds and Cetaceans. 3. Elucidate O2 storage and diffusion parameters in CaSL and BD skeletal muscle endothelial cells +/- CMAH overexpression or sialic acid modulation. This project spans multiple organizational levels and will uncover adaptive mechanisms by which marine mammals push physiological limits during dives.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.
对于哺乳动物来说,氧气是呼吸和日常活动所必需的。然而,一些海洋哺乳动物具有特殊的适应能力,使它们能够在水下长时间呼吸。一个不太清楚的适应是红细胞如何旅行,氧气如何在长时间潜水期间输送到工作肌肉。此外,并非所有的海洋哺乳动物都进化出相同的适应性和基因。一个遗传差异是在鳍足类中编码酶CMP-Neu 5AC羟化酶的基因的丢失(例如,海狮)而不是鲸类动物(例如,海豚)。CMP-Neu 5AC羟化酶修饰覆盖细胞表面的糖残基,这可能显著影响氧转运。该项目汇集了一组具有海洋哺乳动物生物学,血红蛋白蛋白结构,光谱学以及细胞和分子生物学专业知识的研究人员,以测试以下假设:鳍足类和鲸目动物之间在携氧红细胞如何到达活跃的骨骼肌,氧气如何从红细胞中卸载以及氧气如何通过细胞膜转移方面存在差异。将为下一代科学家提供独特的培训机会,因为他们在不同的研究环境中进行实验,并从几个专业领域中汲取经验,以回答复杂的生物学问题。通过与教育发展专家和为代表性不足的学生提供培训的教师合作,我们将把我们在潜水哺乳动物氧气运输工作中的研究内容整合到符合下一代科学标准的科学课程中,并将与当地和全国的教师分享。而是在这种条件下茁壮成长他们的成功部分来自于系统水平的明确的潜水反应(心动过缓和血管收缩)。然而,在外周微血管-肌细胞水平的O2交换还没有很好的理解。此外,可能有差异,由于在鳍足类,但不是鲸类的基因的损失,在外周O2运输。该基因编码CMP-Neu 5AC羟化酶(CMAH),其改变包括红细胞在内的细胞表面,可能影响外周O2转运。我们的中心假设是,鳍足类和鲸类动物有不同的外围形态适应和O2的调节机制,延长潜水。这一假设将由具有海洋哺乳动物生物学、Hb/Mb蛋白质结构、高级光谱学/EPR和细胞/分子O2模型方面互补专业知识的研究人员使用三种方法进行测试:1.在模拟潜水期间和之后立即评估和模拟加州海狮(CaSL,鳍足类,Cmah-)和白海豚(BD,鲸类,Cmah+)的体内O2输送。2.阐明和模拟生物化学机制调节红细胞Hb-O2卸载动力学在鳍足类和鲸类。3.阐明CaSL和BD骨骼肌内皮细胞+/- CMAH过表达或唾液酸调节中的O2储存和扩散参数。该项目跨越多个组织层面,将揭示海洋哺乳动物在潜水过程中推动生理极限的适应机制。该奖项反映了NSF的法定使命,并通过使用基金会的知识价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

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 }}

William Tong其他文献

A New Twisting Somersault: 513XD
  • DOI:
    10.1007/s00332-017-9403-4
  • 发表时间:
    2017-07-08
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.600
  • 作者:
    William Tong;Holger R. Dullin
  • 通讯作者:
    Holger R. Dullin
9‐aminocamptothecin by 72‐hour continuous intravenous infusion is Inactive in the treatment of patients with 5‐fluorouracil‐refractory colorectal carcinoma
9-氨基喜树碱72小时连续静脉输注对5-氟尿嘧啶难治性结直肠癌患者的治疗无效
  • DOI:
  • 发表时间:
    1997
  • 期刊:
  • 影响因子:
    6.2
  • 作者:
    L. Saltz;N. Kemeny;William Tong;J. Harrison;R. Berkery;D. Kelsen
  • 通讯作者:
    D. Kelsen
Efficacy of a Mobile Social Networking Intervention in Promoting Physical Activity: Quasi-Experimental Study (Preprint)
移动社交网络干预促进身体活动的功效:准实验研究(预印本)
  • DOI:
    10.2196/preprints.12181
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    H. L. Tong;E. Coiera;William Tong;Ying Wang;J. Quiroz;Paige Martin;L. Laranjo
  • 通讯作者:
    L. Laranjo

William Tong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('William Tong', 18)}}的其他基金

International Postdoctoral Fellows Program: Mechanism of Fermi Level Pinning at Metal-Semiconductor Nanojunctions Fabricated by STM Tip
国际博士后项目:STM Tip 制造的金属-半导体纳米结的费米能级钉扎机制
  • 批准号:
    9505480
  • 财政年份:
    1995
  • 资助金额:
    $ 41.85万
  • 项目类别:
    Standard Grant

相似国自然基金

水凝胶改性陶瓷人工关节牢固结合界面的构筑与减磨润滑机理研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2025
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
锆酸铅基反铁电体畴动力学及其调控机理研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2025
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
载铁生物炭对土壤镉污染的吸附固定及微生物协同作用机制研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2025
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
SREBP转录因子BbSre1负调控球孢白僵菌抗真菌物质产生的机制研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2025
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
面向截肢患者运动感知重建的肌电假肢手关节运动反馈时变编码研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2025
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
面向水质应急快检的碳点/微流控限域增强发光传感研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2025
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
面向挠性压电太阳翼的物理信息混合建模与非同位控制方法研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2025
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
随机3维 Burgers 方程正则性研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2025
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
犬尿氨酸通过AhR/STAT3轴活化粒细胞样MDSCs促进慢性肾脏病心脏纤维化的机制研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2025
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
磁性的机器学习研究: 以图神经网络为中心
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2025
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目

相似海外基金

IntBIO Collaborative Research: Assessing drivers of the nitrogen-fixing symbiosis at continental scales
IntBIO 合作研究:评估大陆尺度固氮共生的驱动因素
  • 批准号:
    2316267
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 41.85万
  • 项目类别:
    Standard Grant
IntBIO: Collaborative Research: Feedback between physiological performance and social foraging in multi-species social network of wintering birds
IntBIO:合作研究:越冬鸟类多物种社交网络中生理表现和社交觅食之间的反馈
  • 批准号:
    2316374
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 41.85万
  • 项目类别:
    Standard Grant
IntBIO: Collaborative Research: Phenotypes of the Anthropocene: integrating the consequences of sensory stressors across biological scales
IntBIO:合作研究:人类世的表型:整合跨生物尺度的感觉压力源的后果
  • 批准号:
    2316364
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 41.85万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: IntBIO: The Evolution of Immune Investment Strategies Across Amphibian Ontogeny
合作研究:IntBIO:跨两栖动物个体发育的免疫投资策略的演变
  • 批准号:
    2316469
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 41.85万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: IntBIO: The Evolution of Immune Investment Strategies Across Amphibian Ontogeny
合作研究:IntBIO:跨两栖动物个体发育的免疫投资策略的演变
  • 批准号:
    2316468
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 41.85万
  • 项目类别:
    Standard Grant
IntBIO Collaborative Research: Assessing drivers of the nitrogen-fixing symbiosis at continental scales
IntBIO 合作研究:评估大陆尺度固氮共生的驱动因素
  • 批准号:
    2316268
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 41.85万
  • 项目类别:
    Standard Grant
IntBIO: Collaborative Research: Phenotypes of the Anthropocene: integrating the consequences of sensory stressors across biological scales
IntBIO:合作研究:人类世的表型:整合跨生物尺度的感觉压力源的后果
  • 批准号:
    2316363
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 41.85万
  • 项目类别:
    Standard Grant
IntBIO: Collaborative Research: Integrating nanobiotechnologies to understand the role of nitro-oxidative stress in the coral-dinoflagellate mutualistic symbiosis dynamics
IntBIO:合作研究:整合纳米生物技术来了解硝基氧化应激在珊瑚-甲藻互利共生动态中的作用
  • 批准号:
    2316389
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 41.85万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: IntBIO: Rules for cell membranes in the extremes of the deep sea
合作研究:IntBIO:深海极端条件下细胞膜的规则
  • 批准号:
    2316457
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 41.85万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: IntBIO: Rules for cell membranes in the extremes of the deep sea
合作研究:IntBIO:深海极端条件下细胞膜的规则
  • 批准号:
    2316458
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 41.85万
  • 项目类别:
    Standard Grant
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了