Information Fusion in Biomolecular Structure and Motion Determination

生物分子结构和运动测定中的信息融合

基本信息

  • 批准号:
    9261553
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 37.5万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2014
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2014-07-10 至 2019-04-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

DESCRIPTION (provided by applicant): Due to their inherently complex nature, the architecture and motions of large macromolecular assemblies composed of rigid constituents are typically dissected using multiple techniques. While often combined on a case-by-case basis, the lack of theoretical tools to optimally integrate information from different sources is a major barrier to generating a more complete/accurate understanding of important assemblies. Herein are proposed new information fusion algorithms for these assemblies, and their associated functional motions. This extends classical information science to the case of data on the Lie group of rigid-body motions. Utilizing data from electron microscopy (EM) and small-angle X-ray scattering (SAXS) measurements, these fusion algorithms will be applied to two large biomolecular assemblies: (1) the ionotropic glutamate receptor (iGluR), and (2) the Chd1-nucleosome complex. The specific aims are as follows: SA1: To develop new information-theoretic methods based on Euclidean-group calculus and probability theory to improve fitting of macromolecular structures into EM densities and SAXS envelopes, and to perform information fusion of compatible biophysical information from different modalities to produce greater understanding than when methods are taken individually. SA2: To apply mathematically optimized models of iGluR quaternary structure to uncover physiologically relevant conformational changes inaccessible to individual experimental methods. SA3: To develop and apply new mathematical models of flexibility and ensemble dynamics of the nucleosome alone and in complex with the Chd1 chromatin remodeler using EM and SAXS, leading to a better understanding of the structure-motion-function relationship. The results will validate novel algorithms for fusing information from different experimental approaches to determine conformational changes in macromolecular complexes. If successful, these algorithms will provide new mechanistic insights into the iGluR family of ligand-gated ion channels, implicated in stroke and Alzheimer's disease, and the Chd1 remodeler, which has been linked to several types of cancer.
描述(由申请人提供):由于其固有的复杂性,由刚性成分组成的大分子组装体的结构和运动通常使用多种技术进行剖析。虽然通常根据具体情况进行组合,但缺乏理论工具来最佳地整合不同来源的信息是一个问题 更完整/准确地理解重要组件的主要障碍。本文提出了针对这些组件及其相关功能运动的新信息融合算法。这将经典信息科学扩展到刚体运动李群数据的情况。利用电子显微镜 (EM) 和小角 X 射线散射 (SAXS) 测量数据,这些融合算法将应用于两个大型生物分子组件:(1) 离子型谷氨酸受体 (iGluR) 和 (2) Chd1-核小体复合物。具体目标如下: SA1:开发基于欧几里得群微积分和概率论的新信息论方法,以改进大分子结构与电磁密度和 SAXS 包络的拟合,并对来自不同模态的兼容生物物理信息进行信息融合,以比单独采用方法时产生更好的理解。 SA2:应用 iGluR 四级结构的数学优化模型来揭示个体实验方法无法获得的生理相关构象变化。 SA3:使用 EM 和 SAXS 开发和应用单独核小体以及与 Chd1 染色质重塑器复合的灵活性和整体动力学的新数学模型,从而更好地理解结构-运动-功能关系。结果将验证融合来自不同实验方法的信息以确定大分子复合物构象变化的新算法。如果成功,这些算法将为 iGluR 配体门控离子通道家族(与中风和阿尔茨海默病有关)以及 Chd1 重塑因子(与多种癌症有关)提供新的机制见解。

项目成果

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专著数量(0)
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  • 财政年份:
    2005
  • 资助金额:
    $ 37.5万
  • 项目类别:
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