Investigation of the role of TET proteins in epigenetic reprogramming and establishment of germline imprinting

研究TET蛋白在表观遗传重编程和种系印记建立中的作用

基本信息

  • 批准号:
    10475225
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 7.41万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2020-09-01 至 2023-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Project abstract: Genomic imprinting is a form of epigenetic regulation that restricts expression of a critical subset of genes to one parental allele. Imprinted gene expression is primarily regulated by differential methylation, which is acquired during gametogenesis, between the two parental alleles on cis-acting elements known as imprinting control regions (ICRs). Asymmetric patterns of active or repressive histone tail post-translational modifications (PTMs) further reinforce the monoallelic expression of imprinted loci. In humans, abnormal expression of imprinted genes is associated with imprinting disorders such as Beckwith-Wiedemann and Prader-Willi syndromes. Methylation at ICRs is stable throughout development and is only dynamically modulated during primordial germ cell (PGC) development and gametogenesis. In mammals, PGCs are derived from the somatic epiblast and undergo epigenome reprogramming in order to: 1) prevent the transmission of gestationally acquired epimutations to the next generation and 2) erase the parentally-inherited somatic imprinting marks to allow for the acquisition of new imprints that are consistent with the sex of the embryo. Previous work from our laboratory and others have implicated the role of TET1, a methylcytosine dioxygenase, in the establishment of proper imprinting marks in the mature male and female gametes. My preliminary data suggest that while TET1 is necessary for complete methylation erasure of a subset of ICRs in PGCs, it also plays a previously unexplored role of protecting paternally methylated ICRs from gaining ectopic methylation in the oocytes. As TET1 is a large protein with the ability to interact with and influence activities of various chromatin remodelers, I hypothesize a novel non-catalytic role for TET1 in promoting the proper establishment of germline imprints by remodeling the broader chromatin landscape of ICRs. The objective of this proposal is to investigate how the remodeled chromatin landscape of ICRs in PGC development contributes to the proper acquisition of sex- specific DNA methylation patterns during oogenesis. In Aim 1, I will test the hypothesis that TET1 facilitates chromatin remodeling of the ICRs during methylation erasure in PGCs. I will use allele-specific cleavage under targets and release using nuclease (CUT&RUN) to assess the efficiency of chromatin reprogramming in Tet1-/- hybrid PGCs. In Aim 2, I will identify loci, in addition to paternally methylated ICRs, which ectopically gain methylation during oogenesis in absence of TET1. To investigate the mechanism underlying ectopic de novo methylation in Tet1-/- oocytes, I will investigate the status of histone PTMs that are associated with DNA methyltransferase-resistant chromatin landscape at paternally methylated ICRs in Tet1-/- oocytes using CUT&RUN. Collectively, this proposal will elucidate the catalytic and non-catalytic functions of TET1 in the establishment of the proper chromatin landscape at ICRs and the correct acquisition of germline imprints. Mechanistic studies of germline imprinting establishment will enhance our comprehension of the molecular requirements for high quality gametes, as well as etiology of human imprinting disorders.
项目摘要: 基因组印记是表观遗传调控的一种形式,它限制基因的关键子集的表达 一个亲本等位基因。印记基因表达主要受差异甲基化调节,即 在配子发生过程中获得的,在称为印记的顺式作用元件上的两个亲本等位基因之间 控制区域(ICR)。活性或抑制性组蛋白尾翻译后修饰的不对称模式 (PTM) 进一步强化了印记位点的单等位基因表达。在人类中,异常表达 印记基因与 Beckwith-Wiedemann 和 Prader-Willi 等印记疾病有关 综合症。 ICR 的甲基化在整个发育过程中保持稳定,并且仅在发育过程中动态调节。 原始生殖细胞(PGC)发育和配子发生。在哺乳动物中,PGC 来源于体细胞 外胚层并进行表观基因组重编程,以便:1)防止妊娠传播 获得下一代的表突变,2)消除父母遗传的体细胞印记标记 允许获得与胚胎性别一致的新印记。我们之前的工作 实验室和其他人暗示了 TET1(一种甲基胞嘧啶双加氧酶)在建立 成熟雄性和雌性配子中的适当印记。我的初步数据表明,虽然 TET1 对于 PGC 中 ICR 子集的完全甲基化擦除是必要的,它也发挥了先前的作用 保护父系甲基化 ICR 免于在卵母细胞中获得异位甲基化的尚未探索的作用。作为 TET1 是一种大蛋白质,能够与各种染色质重塑因子相互作用并影响其活性, 我假设 TET1 在促进种系印记的正确建立方面具有新颖的非催化作用 重塑更广泛的 ICR 染色质景观。该提案的目的是研究如何 PGC 发育过程中 ICR 染色质景观的重塑有助于正确获得性别 卵子发生过程中特定的DNA甲基化模式。在目标 1 中,我将检验 TET1 促进的假设 PGC 甲基化擦除过程中 ICR 的染色质重塑。我将使用等位基因特异性切割 使用核酸酶 (CUT&RUN) 定位和释放,以评估 Tet1-/- 中染色质重编程的效率 混合 PGC。在目标 2 中,除了父系甲基化 ICR 之外,我还将识别位点,这些位点异位获得 在没有 TET1 的情况下,卵子发生过程中发生甲基化。研究异位从头发生的机制 Tet1-/- 卵母细胞中的甲基化,我将研究与 DNA 相关的组蛋白 PTM 的状态 使用 Tet1-/- 卵母细胞中父系甲基化 ICR 的甲基转移酶抗性染色质景观 剪切并运行。总的来说,该提案将阐明 TET1 在 在 ICR 处建立适当的染色质景观并正确获取种系印记。 种系印记建立的机制研究将增强我们对分子印记的理解 对高质量配子的要求,以及人类印记障碍的病因学。

项目成果

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