Comparative Epigenomics of Primate Brains
灵长类动物大脑的比较表观基因组学
基本信息
- 批准号:10317211
- 负责人:
- 金额:$ 60万
- 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:2021-09-17 至 2025-06-30
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:AddressAffectAnatomyAreaBrainBrain regionCandidate Disease GeneCellular StructuresChemicalsComparative StudyDNA MethylationDNA analysisDataDevelopmentDevelopmental ProcessDiseaseDistalDistantEnhancersEpigenetic ProcessEventEvolutionExhibitsGene ExpressionGene Expression ProfilingGene Expression RegulationGenesGenetic RiskGenomeGenomic SegmentHaplorhiniHeterogeneityHistologicHumanImmunohistochemistryIndividualKnowledgeLearningLinkMacaca mulattaMammalsMemoryMethylationModificationMolecularMonkeysNeurogliaNeuronsOligodendrogliaPan GenusPatternPhenotypePhylogenetic AnalysisPhylogenyPlayPongidaePontine structurePositioning AttributePrefrontal CortexPrimatesRecording of previous eventsResearchResolutionRoleTestingTissuesUntranslated RNAValidationVariantWorkbrain cellbrain sizecell typecomparativeepigenomeepigenomicsexcitatory neuroninhibitory neuroninsightmethylomeneuropsychiatric disordernonhuman primatenovelpromoterspecies differencetraitvalidation studies
项目摘要
Project Summary
Epigenetic modifications are essential chemical modifications that play critical roles in gene regulation,
development, and diseases. Therefore, understanding how epigenetic changes between species occur and
how they affect gene regulation has potential to advance our knowledge of regulatory evolution. However, the
details of epigenetic evolution are sparse, and how epigenetic evolution correlates with phenotype evolution is
even less understood. The proposed research will address this gap of knowledge by integrating novel data on
DNA methylation with primate brain evolution. Studies of human brains have demonstrated that distinctive
brain cell types have substantially different DNA methylation and gene expression, and analyses without
separating these cell types can yield misleading results. Additionally, comparative studies of primates and
other mammals have shown that the anatomical and cellular structure of brain regions evolve at varying rates
as a result of differences in neurodevelopmental events linked to overall brain size. DNA methylation is a key
molecular mechanism to record and affect development, and shows difference between brain regions.
Therefore, the proposed research will test a novel hypothesis that DNA methylation of distinctive cell types in
human and non-human primate brains shows variation consistent with brain size evolution. Moreover,
validation studies will be performed for specific candidate genes and genomic regions that show DNA
methylation and gene expression difference related to brain region differences and species differences.
Specifically, evolutionary histories will be constructed for DNA methylation (Specific Aim 1) and gene
expression (Specific Aim 2) from two major subclasses of neurons (excitatory and inhibitory neurons) as well
as oligodendrocytes (a major non-neuronal cell) of brains from diverse anthropoid primates, including humans,
apes, and monkeys. Highly divergent brain regions in terms of function and anatomy (e.g., prefrontal cortex
and the pons) will be compared to connect changes at the phenotypic level to molecular changes. Some of
these candidate genes will be further investigated in deeper histological resolution (Specific Aim 3). This study
will generate novel data to expand our understanding of epigenetic evolution of brains, and to infer functionally
important positions of noncoding genomic regions. Furthermore, it will also provide knowledge on how
epigenome changes during evolution and how epigenome evolution correlates with phenotype, which is a
fundamental yet currently little understood topic.
项目概要
表观遗传修饰是重要的化学修饰,在基因调控中发挥关键作用,
发育、疾病等。因此,了解物种之间的表观遗传变化如何发生并
它们如何影响基因调控有可能增进我们对调控进化的了解。然而,
表观遗传进化的细节很少,而表观遗传进化与表型进化的关系如何
更不明白了。拟议的研究将通过整合新数据来解决这一知识差距
DNA 甲基化与灵长类动物大脑进化。对人类大脑的研究表明,独特的
脑细胞类型具有显着不同的 DNA 甲基化和基因表达,并且无需进行分析
分离这些细胞类型可能会产生误导性的结果。此外,灵长类动物和
其他哺乳动物已经表明,大脑区域的解剖和细胞结构以不同的速度进化
这是与大脑整体大小相关的神经发育事件差异的结果。 DNA甲基化是关键
记录和影响发育的分子机制,并显示大脑区域之间的差异。
因此,拟议的研究将检验一个新的假设,即不同细胞类型的 DNA 甲基化
人类和非人类灵长类动物的大脑表现出与大脑大小进化一致的变化。而且,
将对显示 DNA 的特定候选基因和基因组区域进行验证研究
甲基化和基因表达差异与脑区域差异和物种差异有关。
具体来说,将为 DNA 甲基化(具体目标 1)和基因构建进化历史。
两个主要神经元亚类(兴奋性神经元和抑制性神经元)的表达(具体目标 2)
作为包括人类在内的多种类人灵长类动物大脑的少突胶质细胞(一种主要的非神经元细胞),
猿猴。在功能和解剖结构方面高度分化的大脑区域(例如,前额皮质
和脑桥)将进行比较,以将表型水平的变化与分子变化联系起来。一些
这些候选基因将以更深入的组织学分辨率进行进一步研究(具体目标 3)。这项研究
将产生新的数据来扩展我们对大脑表观遗传进化的理解,并推断功能
非编码基因组区域的重要位置。此外,它还将提供有关如何
进化过程中表观基因组的变化以及表观基因组进化如何与表型相关,这是一个
基本但目前很少被理解的主题。
项目成果
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