Microstructural Heterogeneity in Membranes

膜的微观结构异质性

基本信息

  • 批准号:
    7319995
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 31.44万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    1983
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    1983-12-01 至 2011-06-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

DESCRIPTION (provided by applicant): Regulated membrane fusion is essential to many cell processes and to the life cycle of lipid-sheathed viruses such as HIV, Influenza, and Ebola. Several proteins ("fusion machines") involved in neurotransmitter release and enveloped viral infection have been identified and characterized structurally. Still, how these proteins catalyze fusion is not fully understood. The Lentz lab studies lipid rearrangements associated with fusion between synthetic membranes. The approach is first to define these rearrangements in pure lipid systems and then to ask how fusion proteins might promote them. Fusion requires close contact between membranes, which is induced using the inert polymer poly(ethylene glycol) (PEG). Fusion between lipid vesicles aggregated by PEG is shown to be minimally a three-step process (contacted bilayers D "stalk" intermediate D "diaphragm" intermediate D pore) that mimics biomembrane fusion. The Lentz group calculated, using the mechanical properties of lamellar lipid phases, the free energy reaction profile of this "stalk" fusion mechanism and showed it to be consistent with their unique studies effusion kinetics. Experiments and calculations show that the free energies of bent lipid monolayers and of defects between non-lamellar and lamellar structures (hydrophobic interstices) dominate the fusion process. Most researchers have focused on the bending energy to explain fusion. The Central Hypothesis is that fusion proteins catalyze fusion not just by altering bending energy but also in good measure by stabilizing hydrophobic interstices. To test this hypothesis, the project will address seven Specific Aims: 1] Compare the abilities of different bend-inducing lipids to partition into or promote bent lipid structures, and 2] alter the fusion reaction mechanism; 3] Determine whether an infection-blocking mutation in the membrane spanning domain of HIV alters the structure of a synthetic membrane spanning domain peptide, alters membrane structure, and alters the effect of this peptide on fusion; 4] Determine whether mutations in a key region of Influenza virus (the "fusion" peptide) alter a} the structure of a synthetic fusion peptide, b} membrane structure, and c} the effect of this peptide on fusion; 5] Determine whether neurotransmitter- release-blocking mutations in the membrane-spanning region of a neuronal fusion protein (syntaxin) alter a} the structure of a synthetic membrane spanning domain peptide, b} membrane structure, and c} the effect of this peptide on fusion; 6] Determine by electron microscopy whether fusion pores form at the point of contact between membranes held in contact by neuronal fusion proteins; and 7] Determine the ability of a neuronal calcium-binding protein (synaptotagmin) to perturb, and trigger fusion between, model membranes brought
描述(由申请人提供):受调节的膜融合对于许多细胞过程以及脂质鞘病毒(例如HIV,流感和埃博拉病毒)的生命周期至关重要。已经确定并在结构上鉴定出了几种参与神经递质释放和包围病毒感染的蛋白质(“融合机”)。尽管如此,这些蛋白质如何催化融合尚不完全了解。 Lentz Lab研究与合成膜之间融合有关的脂质重排。该方法首先是在纯脂质系统中定义这些重排,然后询问融合蛋白如何促进它们。融合需要膜之间的紧密接触,膜是使用惰性聚合物聚(乙二醇)(PEG)诱导的。通过PEG汇总的脂质囊泡之间的融合显示为模仿生物膜融合的三步过程(接触双层d“ stalk”中间d“ diaphragm”中间D孔)。 Lentz组使用层状脂质相的机械性能计算出该“茎”融合机制的自由能反应曲线,并表明它与他们独特的研究积液动力学一致。实验和计算表明,弯曲脂质单层的自由能以及非层状和层状结构之间的缺陷(疏水杂质)主导了融合过程。大多数研究人员都专注于弯曲能量来解释融合。中心假设是,融合蛋白不仅通过改变弯曲能,而且通过稳定疏水杂质来催化融合。为了检验该假设,该项目将解决七个特定目的:1]比较不同弯曲诱导脂质将脂质分配到或促进弯曲脂质结构的能力,而2]改变了融合反应机制; 3]确定HIV的膜跨膜结构域中的感染阻断突变是否改变了合成膜跨度结构域肽,改变膜结构的结构,并改变了该肽对融合的影响; 4]确定流感病毒关键区域(“融合”肽)中的突变是否改变了合成融合肽,B}膜结构和C}该肽对融合的作用的结构; 5]确定神经递质 - 释放阻滞突变是否是否在神经元融合蛋白(Syntaxin)的膜跨膜区域中是否改变了A} a}合成膜跨度肽,B}膜结构的结构,而C}该肽对融合的作用; 6]通过电子显微镜确定融合孔是否在神经元融合蛋白接触的膜之间的接触点形成; [7]确定神经元结合蛋白(突触毒素)扰动并触发融合的能力,模型膜带来

项目成果

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