Optogenetic control of spatio-temporal patterning in early embryogenesis

早期胚胎发生中时空模式的光遗传学控制

基本信息

  • 批准号:
    9121646
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 5.43万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2016
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2016-05-01 至 2019-04-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

 DESCRIPTION (provided by applicant): Development is a complex process that requires spatial and temporal coordination of signals to specify local cell fates and properly map out body and organ formation. In the last decade, much work has been done to quantitatively characterize these patterns - measuring shape of gradients and the kinetics of their establishment. Yet the genetic tools available to study these patterns are very poorly suited to perturb them. Genetic perturbations typically destroy patterns completely, or alter multiple features of their spatiotemporal distribution simultaneously. In contrast, the emerging tools of optogenetics make it possible for the first time to directly control the spatial patterns and dynamics of protein activity. Unlike chemical stimuli which undergo diffusion, light patterns can be sharply defined and removed at will. Here we will aim to apply light based control over a developmental signal, MAPK activation, in Drosophila melanogaster. With this fine control we will measure the consequences of varying the amplitude, duration and spatial range of the signal, and quantitatively compare how the signal is interpreted at different developmental stages. This proposal aims to engineer the first optogenetic inputs to MAPK in a developmental context. After generating and validating transgenic flies which express our optogenetic system, we will cross these flies with ones which are depleted of the MAPK activating ligand which normally specifies the head and tail structures. This will enable us to test if local light-induced MAPK activity can rescue head/tail formation in these embryos. We can then systematically perturb the spatial range and dynamics of light to determine which of these parameters is sensed by the cell to specify its fate. To better understand how the MAPK signal is repurposed in a very different developmental event, that of the neurogenic ectoderm specification, we will once again introduce our optogenetic system into flies depleted of the ligand which controls this patterning. This will enable us to compare not only the way the signal is interpreted but also how it processed between the two embryogenesis events. Successful completion of these aims will mark the first use of optogenetics in an in vivo developmental system and shed light on two fundamental questions: understanding what parameters of a signal actually specify cell fate as well as how the same molecular signal specifies fates in different contexts.
 描述(由申请人提供):发育是一个复杂的过程,需要信号的空间和时间协调,以指定局部细胞的命运并正确规划身体和器官的形成。在过去的十年中,人们做了很多工作来定量描述这些模式——测量梯度的形状及其建立的动力学。然而,可用于研究这些模式的遗传工具非常不适合扰乱它们。遗传扰动通常会完全破坏模式,或同时改变其时空分布的多个特征。相比之下,新兴的光遗传学工具首次使得直接控制蛋白质活性的空间模式和动态成为可能。与经历扩散的化学刺激不同,光图案可以被清晰地定义并随意去除。在这里,我们的目标是对果蝇中的发育信号(MAPK 激活)应用基于光的控制。通过这种精细控制,我们将测量改变信号幅度、持续时间和空间范围的后果,并定量比较信号在不同发育阶段的解释方式。 该提案旨在在发育背景下设计 MAPK 的第一个光遗传学输入。在生成并验证表达我们的光遗传学系统的转基因果蝇后,我们将这些果蝇与那些通常指定头部和尾部结构的 MAPK 激活配体耗尽的果蝇杂交。这将使我们能够测试局部光诱导 MAPK 活性可以挽救这些胚胎中头/尾的形成。然后,我们可以系统地扰动光的空间范围和动态,以确定细胞感知到哪些参数来指定其命运。为了更好地理解 MAPK 信号如何在一个非常不同的发育事件(神经源性外胚层规范)中被重新利用,我们将再次将我们的光遗传学系统引入到控制这种模式的配体耗尽的果蝇中。这将使我们不仅能够比较信号的解释方式,还能比较信号在两个胚胎发生事件之间的处理方式。这些目标的成功完成将标志着光遗传学在体内发育系统中的首次应用,并阐明两个基本问题:了解信号的哪些参数实际上指定细胞命运,以及相同的分子信号如何指定不同背景下的命运。

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 }}

Heath E Johnson其他文献

JCB_201406102 1..13
JCB_201406102 1..13
  • DOI:
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Heath E Johnson;S. King;Sreeja B. Asokan;Jeremy D Rotty;J. Bear;J. Haugh
  • 通讯作者:
    J. Haugh
Cytoskeletal and Signaling Dynamics Underlying Directional Persistence of Cell Migration.
细胞迁移定向持久性背后的细胞骨架和信号动力学。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Heath E Johnson
  • 通讯作者:
    Heath E Johnson
The Duty of an Intracellular Signal: Illuminating Calcium's Role in Transcriptional Control.
细胞内信号的职责:阐明钙在转录控制中的作用。
  • DOI:
    10.1016/j.cels.2016.04.007
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
  • 影响因子:
    9.3
  • 作者:
    Heath E Johnson;Jared E. Toettcher
  • 通讯作者:
    Jared E. Toettcher
The Spatiotemporal Limits of Developmental Erk Signaling
发育 Erk 信号传导的时空限制
  • DOI:
    10.1016/j.mod.2017.04.131
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.6
  • 作者:
    Heath E Johnson;Yogesh Goyal;N. Pannucci;T. Schupbach;S. Shvartsman;Jared E. Toettcher
  • 通讯作者:
    Jared E. Toettcher
Optogenetic rescue of a developmental patterning mutant
发育模式突变体的光遗传学拯救
  • DOI:
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Heath E Johnson;S. Shvartsman;Jared E. Toettcher
  • 通讯作者:
    Jared E. Toettcher

Heath E Johnson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 }}

相似国自然基金

分化肌细胞脱细胞ECM-cells sheet 3D 支架构建及其促进容积性肌组织缺损再 生修复应用及机制研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2025
  • 资助金额:
    10.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
CAFs-TAMs-tumor cells调控在HRHPV感染致癌中的作用机制研究及AI可追溯预测模型建立
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    56 万元
  • 项目类别:
    面上项目
S100A8/A9--Myeloid cells特异性可溶性表氧化物水解酶(sEH)基因敲除改善胰岛素抵抗的新靶点
  • 批准号:
    82070825
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    53 万元
  • 项目类别:
    面上项目
Leader cells通过CCL5调控糖酵解及基质硬度促进结直肠癌集体侵袭的 作用机制
  • 批准号:
    81903002
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    20.5 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
HA/CD44在乳腺癌转移“先导细胞”(leader cells)侵袭中的作用及机制研究
  • 批准号:
    81402419
  • 批准年份:
    2014
  • 资助金额:
    23.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
双模式编码的慢病毒载体转染C6 Glioma Cells的影像学研究
  • 批准号:
    81271563
  • 批准年份:
    2012
  • 资助金额:
    60.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
树突状细胞(Dendritic cells,DCs)介导的黏膜免疫对猪轮状病毒(PRV)感染的分子作用机制研究
  • 批准号:
    31272541
  • 批准年份:
    2012
  • 资助金额:
    82.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
MTA2在睾丸支持细胞(Sertoli cells)中的功能和机制研究
  • 批准号:
    31271248
  • 批准年份:
    2012
  • 资助金额:
    80.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
无外源性基因iPS cells向肠细胞分化及对肠损伤的修复
  • 批准号:
    81160050
  • 批准年份:
    2011
  • 资助金额:
    49.0 万元
  • 项目类别:
    地区科学基金项目

相似海外基金

Toxic Effects of Extracellular Vesicles(Exosomes) from the cells exposed to Environmental Chemicals
暴露于环境化学物质的细胞的细胞外囊泡(外泌体)的毒性作用
  • 批准号:
    21K19836
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 5.43万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
Defining the Effects of Endocrine-Disrupting Chemicals on the Cellular Metabolism of Inflammatory Cells
定义内分泌干扰化学物质对炎症细胞代谢的影响
  • 批准号:
    RGPIN-2015-05413
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 5.43万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
Functional analysis and application of hematopoietic stem cells to chemicals that replacement for albumin function
造血干细胞替代白蛋白功能的化学物质的功能分析及应用
  • 批准号:
    20H03707
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 5.43万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Defining the Effects of Endocrine-Disrupting Chemicals on the Cellular Metabolism of Inflammatory Cells
定义内分泌干扰化学物质对炎症细胞代谢的影响
  • 批准号:
    RGPIN-2015-05413
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 5.43万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
Effects of microplastic-derived chemicals on functions of regulatory T cells via nuclear receptor Nr4a.
微塑料衍生化学物质通过核受体 Nr4a 对调节性 T 细胞功能的影响。
  • 批准号:
    19K10611
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 5.43万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Defining the Effects of Endocrine-Disrupting Chemicals on the Cellular Metabolism of Inflammatory Cells
定义内分泌干扰化学物质对炎症细胞代谢的影响
  • 批准号:
    RGPIN-2015-05413
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 5.43万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
In Situ Sensing of Chemicals Inside Three-dimensional Bacterial Matrices using Artificial Cells
使用人工细胞对三维细菌基质内的化学物质进行原位传感
  • 批准号:
    1808237
  • 财政年份:
    2018
  • 资助金额:
    $ 5.43万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Defining the Effects of Endocrine-Disrupting Chemicals on the Cellular Metabolism of Inflammatory Cells
定义内分泌干扰化学物质对炎症细胞代谢的影响
  • 批准号:
    RGPIN-2015-05413
  • 财政年份:
    2018
  • 资助金额:
    $ 5.43万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
NPIF: Cultured plant cells as platforms for the production of high value chemicals
NPIF:培养植物细胞作为生产高价值化学品的平台
  • 批准号:
    1948578
  • 财政年份:
    2017
  • 资助金额:
    $ 5.43万
  • 项目类别:
    Studentship
Defining the Effects of Endocrine-Disrupting Chemicals on the Cellular Metabolism of Inflammatory Cells
定义内分泌干扰化学物质对炎症细胞代谢的影响
  • 批准号:
    RGPIN-2015-05413
  • 财政年份:
    2017
  • 资助金额:
    $ 5.43万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了