Determining the cell fate programs of mammalian retina development

确定哺乳动物视网膜发育的细胞命运程序

基本信息

  • 批准号:
    10316121
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 4.6万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2021-09-01 至 2025-08-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Project Summary/Abstract The overarching goal of this proposal is to understand how the stereotypical structure of retina forms during embryonic development. Towards this goal, this proposal seeks to develop novel molecular recording technologies that allow the reconstruction of lineage history based on endpoint measurements. This method leverages genome editing techniques to stochastically create heritable mutations within synthetic barcode arrays that accumulate edits over time. Because readout of these arrays is compatible with spatial transcriptomics technologies, these methods when combined will allow the simultaneous capturing of transcriptional cell state, lineage relationships, and spatial position of single cells within retina tissue. The resulting lineage tree datasets will then be analyzed using a novel statistical tool termed Lineage Motif Analysis, a computational approach to identify all significantly over- or under-represented cellular patterns. This approach systematically enumerates all possible arrangements of observed fates on progressively larger subtrees and then compares their frequencies to those expected in a null model based on uncorrelated cell fate between cell divisions. Lineage trees will reveal how birth-order of cell types is regulated on the clonal level and lineage motifs will reveal the extent to which lineage in the retina is stochastic or preprogrammed. Furthermore, lineage motifs represent direct insight into the “rules” that govern how the retina forms during development, and provide a way to describe how such “rules” change in different contexts like disease or pharmacological perturbation. The datasets and analysis proposed here will inform the development of new therapeutic strategies for regenerative medicine to treat retinal diseases that lead to blindness. My training program outlined here will equip me with the necessary tools and knowledge to (1) carry out the aims of this proposal and gain novel biological understanding, and (2) advance me towards my career goal of leading a research team focused on studying the fundamental principles that underlie embryonic development and disease progression. I will work with Dr. Long Cai, a pioneer in spatial transcriptomics, to learn imaging and image processing techniques, as well as Dr. Carlos Lois, an expert in neurobiology, to learn mouse manipulation and surgical procedures. Dr. Elowitz and I will meet regularly to discuss my research progress, writing plans for paper publications and grants, teaching/mentoring students, and opportunities to present my research at Caltech and national conferences. As a PhD student at Caltech, I will have access to leaders well-versed in applying quantitative approaches to study developmental biology, state-of-the-art core facilities, and cutting-edge coursework in both biology and statistics. By funding the rest of my PhD research, this fellowship will enable me to uncover the fundamental principles that underlie retina development and set me up for independence as I transition towards becoming an independent investigator in my later career.
项目摘要/摘要 该提案的总体目标是了解视网膜形式的刻板印象结构如何 在胚胎开发过程中。为了实现这一目标,该提议试图开发新的分子记录 允许基于端点测量值重建谱系历史的技术。此方法 利用基因组编辑技术在随机中创建可遗传的突变在合成条形码中 随着时间的推移积累编辑的阵列。因为这些阵列的读数与空间兼容 转录组技术,这些方法合并后将允许同时捕获 转录细胞状态,谱系关系和视网膜组织中单细胞的空间位置。这 然后,将使用称为谱系基序的新型统计工具对生成的谱系树数据集进行分析 分析,一种计算方法,可确定所有明显过度或代表性不足的细胞模式。这 进近系统地列举了观察到的命运的所有可能安排 子树,然后将它们的频率与基于无相关单元的无效模型中预期的频率进行比较 细胞分裂之间的命运。谱系树将揭示如何在克隆上调节细胞类型的生育顺序 水平和谱系基序将揭示视网膜中谱系的随机或预编程的程度。 此外,谱系图案代表了对控制视网膜在期间如何形成的“规则”的直接见解 开发,并提供一种描述这种“规则”在疾病或 药理扰动。这里提出的数据集和分析将为新的开发提供信息 再生医学治疗导致失明的残留疾病的治疗策略。 我在这里概述的培训计划将使我为(1)执行必要的工具和知识 该建议的目的并获得了新颖的生物学理解,以及(2)将我迈向我的职业目标 领导研究团队专注于研究基本原理的基本原理 发展和疾病进展。我将与空间转录组学的先驱Long Cai博士一起工作, 学习成像和图像处理技术,以及神经生物学专家Carlos Lois博士学习 小鼠操纵和外科手术。 Elowitz博士和我将定期见面讨论我的研究 进步,纸质出版物和赠款的撰写计划,教学/指导学生以及机会 在加州理工学院和国家会议上介绍我的研究。作为加州理工学院的博士生,我将可以访问 领导者精通应用定量方法来研究发展生物学,最先进的核心 生物学和统计学的设施以及尖端课程。通过资助我的其余博士研究, 这项奖学金将使我能够揭开视网膜发展并设定的基本原则 当我过渡成为后来职业生涯的独立调查员时,我会寻求独立。

项目成果

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专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)

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