Spatiotemporal interrogation of molecular mechanobiololgy at the cell-cell interface with nanotechnology tools
使用纳米技术工具对细胞-细胞界面处的分子力学生物学进行时空询问
基本信息
- 批准号:10359739
- 负责人:
- 金额:$ 53.54万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2020
- 资助国家:美国
- 起止时间:2020-03-01 至 2025-02-28
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:Atomic Force MicroscopyBindingCell CommunicationCellsChemicalsCuesDefectDetectionDevelopmentDiagnosticDiffusionDiseaseEventImmuneImpairmentIndividualInvestigationKnowledgeLymphomaMagnetismMalignant NeoplasmsMediatingMolecularMonitorMultiple SclerosisNanotechnologyNeurodegenerative DisordersPathogenicityProcessPropertyQuantum DotsReportingSignal TransductionSignaling ProteinTechnologyTherapeuticTissuesinsightintercellular communicationmechanical propertiesmechanical signalmechanotransductionnanotechnology platformnew technologynotch proteinprotein protein interactionreceptorresponsesingle moleculespatiotemporalstemsynaptic functionsynaptogenesistool
项目摘要
Abstract
Juxtacrine signaling mediates cell-cell communications via direct molecular interactions at the signaling
interface, during development, synapse formation and remodeling, immune activities, and tissue formation.
Despite increasing knowledge of these signaling events, little is known about how the juxtacrine receptors
sense and regulate cell signaling in response to the dynamic changes of its surrounding cells. The challenge of
interrogating spatiotemporal dynamics of juxtacrine cell-cell signaling stems from the fact that many juxtacrine
receptors integrate chemical, spatial, and mechanical cues to differentially regulate cell signaling. To
deconstruct and decode the working mechanisms of these receptors with high spatiotemporal complexity, new
technology tools allowing manipulation of the individual cues with different modes of stimulation, while
reporting cellular responses with high spatiotemporal precision. Toward this aim, we previously developed
nanotechnology platforms including monovalent quantum dot (mQD) probes, mechanogenetics, nanoruler
force microscopy (NRFM), and magnetically amplified protein-protein interaction (MAP-I) tools. mQDs report
single molecule trajectories of the targeted receptors, providing its dynamic spatial and diffusion properties
precisely. Mechanogenetics allows us to manipulate chemical, spatial, and mechanical properties of the
targeted receptors, while monitoring cellular responses to the respective cues. NRFM enables us to investigate
force-responsive structural changes of the target receptors, and hence provides important insights into the
mechanism of mechanotransduction. MAP-I allows for ultrasensitive detection of protein-protein interactions
through magnetic amplification, enabling identification of weak protein-protein interactions that have not been
possible with any other technologies. By using these new technologies, here, we propose to investigate the
interaction and signaling dynamics of Notch and Neuroligin, key signaling proteins in development and
synaptic function, respectively. Ultimately, we aim to provide a platform technology for the systematic
investigation of operating principles for a wide range of juxtacrine signaling, accelerating our understanding of
cell-cell communication.
摘要
Juxtacrine信号传导通过信号传导处的直接分子相互作用介导细胞-细胞通信
界面,在发育过程中,突触形成和重塑,免疫活动和组织形成。
尽管越来越多的知识,这些信号事件,很少有人知道如何阿托克林受体
感知并调节细胞信号以响应其周围细胞的动态变化。的挑战
询问阿曲他克林细胞-细胞信号传导的时空动力学源于以下事实:
受体整合化学、空间和机械信号以差异地调节细胞信号传导。到
解构和解码这些具有高度时空复杂性的受体的工作机制,
技术工具,允许操纵具有不同刺激模式的个体线索,
以高时空精度报告细胞反应。为了实现这一目标,我们以前开发了
纳米技术平台,包括单价量子点(mQD)探针、机械遗传学、纳米粒子
力显微镜(NRFM)和磁放大蛋白质-蛋白质相互作用(MAP-I)工具。mQD报告
靶向受体的单分子轨迹,提供其动态空间和扩散特性
没错机械遗传学使我们能够操纵的化学,空间和机械性能,
靶向受体,同时监测细胞对相应线索的反应。NRFM使我们能够调查
力响应的结构变化的目标受体,因此提供了重要的见解,
机械传导机制MAP-I允许超灵敏地检测蛋白质-蛋白质相互作用
通过磁放大,能够识别尚未被发现的弱蛋白质-蛋白质相互作用,
任何其他技术都可能。通过使用这些新技术,在这里,我们建议调查
Notch和Neuroligin的相互作用和信号动力学,发育中的关键信号蛋白,
突触功能。最终,我们的目标是提供一个平台技术,
调查广泛的近分泌信号的操作原理,加速我们对
细胞间通讯
项目成果
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