Iron Trafficking and Regulation in Biological Systems

生物系统中的铁贩运和调节

基本信息

  • 批准号:
    10393033
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 34.66万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2018
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2018-05-01 至 2023-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Project Summary/Abstract The PI requests support of his research program in Iron Trafficking and Regulation in Biological Systems. Using powerful biophysical, bioanalytical, and mathematical tools, the PI and his coworkers propose to characterize and quantify the major iron species in isolated organelles, whole cells and organs from a wide diversity of biological systems. Mössbauer spectroscopy will be the primary biophysical tool, with EPR and UV-vis spectroscopies playing supporting roles. Various genetic strains of budding yeast and human cells will be enriched in 57Fe. Mitochondria, cytosol, vacuoles and other organelles will be isolated. The major Fe species in these cellular components will be probed. Ordinary-differential-equations-based mathematical models will be developed to analyze the results obtained and to generate a system’s level description of Fe trafficking and regulation. No other group worldwide investigates Fe in this way. Yeast strains are being investigated in which Mrs3/4, high-affinity Fe importers located on the mitochondrial inner membrane, have been deleted and overexpressed. Other Fe-associated yeast strains, as well as human Jurkat cells in which mitoferrins (homologs of Mrs3/4) and ferritin are knocked- down, will also be investigated. The Fe content of Escherichia coli and other prokaryotes will be similarly explored. The central bioanalytical tool will be a liquid chromatography system located in a refrigerated anaerobic glove box that is linked to an on-line inductively coupled plasma mass spectrometer AND to an on-line electrospray ionization mass spectrometer. This LC- (ICP)-ESI-MS system will be unique worldwide. It will be used to characterize dozens of labile low-molecular-mass (LMM) metal complexes that the PI and his group have discovered in organelles, cytosol, blood plasma, and in E. coli. A LMM Fe complex in mitochondria that has a mass of ca. 580 Da (called Fe580) is actively under investigation. Fe580 is most probably used as feedstock for iron-sulfur cluster (ISC) assembly and for the iron-insertion step of heme biosynthesis. The composition of a LMM sulfur-containing species called X-S will also be investigated. X-S is exported from mitochondria in association with ISC assembly, and it may be used to assemble cytosolic ISCs and to regulate Fe trafficking. A LMM Fe species in blood plasma called “non-transferrin-bound iron” or NTBI will be investigated using pigs into which a feeding tube and sampling catheters have been surgically implanted. NTBI damages organs in patients with Fe-overload diseases such as hemochromatosis. Various strains of mice with Fe- associated diseases will be investigated to determine the form of Fe that accumulates in their organs. The effect of hypoxia on Fe accumulation will also be examined.
项目概要/摘要 PI请求支持他的铁贩运和生物监管研究项目 系统。 PI 和他的团队使用强大的生物物理、生物分析和数学工具 同事们建议对分离的细胞器中的主要铁物种进行表征和量化, 来自多种生物系统的完整细胞和器官。穆斯堡尔光谱将 是主要的生物物理工具,EPR 和紫外可见光谱发挥辅助作用。 芽殖酵母和人体细胞的各种遗传菌株都将富集57Fe。线粒体, 细胞质、液泡和其他细胞器将被分离。这些细胞中的主要铁形态 组件将被探测。基于常微分方程的数学模型将是 开发用于分析获得的结果并生成 Fe 的系统级描述 贩运和监管。世界上没有其他组织以这种方式研究铁。酵母菌株 正在研究Mrs3/4,位于线粒体上的高亲和力铁输入者 内膜已被删除并过度表达。其他与铁相关的酵母菌株,如 以及人类 Jurkat 细胞,其中线粒体铁蛋白(Mrs3/4 的同源物)和铁蛋白被敲除 - 下来,也会被调查。大肠杆菌和其他原核生物的 Fe 含量为 类似地进行了探索。中央生物分析工具将是位于 在与在线电感耦合等离子体相连的冷藏厌氧手套箱中 质谱仪和在线电喷雾电离质谱仪。该LC- (ICP)-ESI-MS 系统将是全球独一无二的。它将用于表征数十个不稳定的 PI 和他的团队发现了低分子质量 (LMM) 金属配合物 细胞器、细胞质、血浆和大肠杆菌中。线粒体中的 LMM Fe 复合物具有 约质量。 580 Da(称为 Fe580)正在积极研究中。 Fe580 最有可能用作 铁硫簇 (ISC) 组装和血红素铁插入步骤的原料 生物合成。称为 X-S 的 LMM 含硫物质的组成也将是 调查了。 X-S 从线粒体输出,与 ISC 组装相关,它可能是 用于组装细胞质 ISC 并调节 Fe 运输。血液中的 LMM Fe 形态 称为“非转铁蛋白结合铁”或 NTBI 的血浆将使用猪进行研究,其中 饲管和采样导管已通过手术植入。 NTBI 损害器官 患有血色素沉着症等铁超载疾病的患者。不同品系的小鼠含有 Fe- 将调查相关疾病以确定在其体内积聚的铁的形式 器官。缺氧对铁积累的影响也将被检查。

项目成果

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    $ 34.66万
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