果蝇纤毛细胞中特化细胞骨架的结构及其建立的分子基础解析
批准号:
32070704
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
梁鑫
依托单位:
学科分类:
细胞器及亚细胞结构、互作与功能
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
梁鑫
中文摘要
纤毛是具有重要生理功能的亚细胞结构,在细胞运动及信号转导过程中发挥着重要的作用,它的结构及其发生机制是细胞生物学的基本问题之一。果蝇的感觉神经元中存在初级纤毛,而精细胞中存在动纤毛,因此成为研究多细胞生物中纤毛结构、功能和发育的重要模型。果蝇的I型感觉神经元的树突远端有基于初级纤毛的非中心体微管三维阵列,而精细胞中“9+2”轴丝中的一对中央微管也是非中心体微管。这两类由非中心体微管组成的细胞骨架的三维结构以及它们发生的分子机制都是未知的。在本课题中,申请人计划以上述两种纤毛细胞作为模型,应用原位电子断层成像技术解析两种非中心体微管骨架的在体高分辨三维结构并应用活细胞成像技术实时记录它们的发育过程。同时,申请人计划综合应用包括果蝇遗传学和体外生物化学分析等技术方法对发育过程的机制展开探索,深入解析重要的候选分子(例如已经鉴定出来的Katanin和Patronin家族成员)的工作机理。
英文摘要
Cilia are microtubule-based subcellular entities that play important roles in cell motility and signal transduction. The assembly and maintenance of ciliary structures are fundamental questions in cell biology. Drosophila melanogaster is a multicellular model organism to study the structure and function of primary cilia (ciliated sensory cell) and motile cilia (sperm cell). The distal end of the dendrite in fly type I sensory neurons is specialized into a modified cilium that contains a three-dimensional array of non-centrosomal microtubules. Correspondingly, fly sperm cells contain the central microtubule pair, which are also non-centrosomal microtubules. Despite efforts in understanding cilium assembly, the mechanism underlying the formation of these non-centrosomal microtubule-based cytoskeleton remains elusive. In the present study, the applicant plans to resolve the in situ 3D structure of the abovementioned cytoskeletons and apply live-cell imaging to record their development in real-time. The applicant also plan to combine fly genetics, in vitro biochemistry and other methods to dissect the molecular mechanism of how these cytoskeletons are constructed, including the functional contributions and working mechanisms of important candidate molecules (e.g. katanin and patronin family members). This study will provide insights into the assembly of ciliary structures and open the gate to dissect the molecular mechanism.
纤毛是具有重要生理功能的亚细胞结构,在细胞运动及信号转导过程中发挥着重要的作用。纤毛独特的结构形态及生成机制,构成了细胞生物学领域亟待探索的基本议题之一。在果蝇的感觉神经元内部,存在着初级纤毛(或感受纤毛)结构,其内部密布着大量非中心体微管,这些微管构筑起一种高度特化的细胞骨架复合体,对感受纤毛的功能实现具有至关重要的影响。深入探究这些细胞骨架复合体构建的基础原理及其背后的生物学机制,不仅能够深化我们对纤毛形成过程的理解,还将为揭示神经细胞树突区域内特化骨架的生成提供宝贵的线索,因此具有深远的意义。在本项目的研究进程中,我们创新性地发展了电子断层重建技术,并成功构建了体积数据中单根微管纤维的追踪方法,从而实现了对组织原位细胞骨架特性的高精度量化分析。依托这些先进的技术手段与精准的测量数据,我们成功揭示了塑造纤毛内部非中心体微管三维阵列的分子功能模块。这一模块由微管剪切酶kat60-L1、微管负端稳定蛋白patronin以及微管组装/成核因子DCX-EMAP共同构成。它们彼此协作,极大地促进了树突局部区域内微管数量的指数级增长,并实现了对微管长度的精确调控。这些研究成果已相继在国际权威细胞生物学期刊《Journal of Cell Biology》上发表(共计两篇)。此外,我们还在神经元树突的形态网络中发现了类似的作用机制(相关论文发表于eLife期刊),这一发现进一步提示上述机制可能具有广泛的适用性。因此,本项目的实施不仅为我们理解纤毛及神经元树突内局部空间中复杂细胞骨架结构的调控原理及生成机制提供了新的理论视角,更为未来的相关研究开辟了新的方向。
几类代数Riccati方程的特殊解的显式表示及其应用
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批准号:12371380
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项目类别:面上项目
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资助金额:43.5万元
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批准年份:2023
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负责人:梁鑫
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依托单位:
果蝇机械力感受纤毛内非经典运输机制及其分子基础的解析
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批准号:--
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项目类别:--
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资助金额:50万元
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批准年份:2023
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负责人:梁鑫
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依托单位:
协方差结构分析中的特征值问题的理论和算法
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批准号:11901340
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:26.0万元
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批准年份:2019
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负责人:梁鑫
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依托单位:
果蝇机械力信号转导中“力感受器”的结构和力学基础及关键分子NompC的作用
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批准号:31671389
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项目类别:面上项目
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资助金额:64.0万元
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批准年份:2016
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负责人:梁鑫
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依托单位:
国内基金
海外基金