PRODIGE: A high-throughput tool for joint profiling of protein-DNA interactions and gene expression in single cells

PRODIGE:一种高通量工具,用于联合分析单细胞中蛋白质-DNA 相互作用和基因表达

基本信息

  • 批准号:
    10492769
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 22.88万
  • 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:
    2021-09-30 至 2024-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

PROJECT SUMMARY/ABSTRACT Protein-DNA interactions control access to genes in chromatins and regulate the spatial- and temporal-specific gene expression. These interactions are crucial for cell differentiation and the maintenance of cellular diversity. Dysregulated patterns of protein-DNA interactions are often associated with disease states. Applications of next- generation epigenomic sequencing techniques have enabled deconvolution of protein-DNA interactions at single-cell level. However, it remains challenging to define how cell-to-cell heterogeneity in protein-DNA interactions impacts gene expression variability. Currently available methods for joint profiling protein-DNA interactions and gene expression from single cells require laborious genetic manipulation, suffer relatively low throughput, and are impossible to specifically map proteins with post-translational modifications, such as histone marks. To address these unmet needs, we propose to develop PRODIGE – a high-throughput tool for joint profiling of protein-DNA interactions and gene expression in the same single cells without the need of genetic manipulations. It is enabled by a strategic integration of reversible cell fixation, antibody-guided chromatin tagmentation, novel deformable and degradable barcoded hydrogel beads, droplet microfluidics, and next- generation sequencing technology. In Aim 1, we will develop technical components and analytical pipelines of PRODIGE. We will prepare protein A-Tn5 transposome for antibody-guided Tn5 tagmentation, fabricate microfluidic devices for single-cell PRODIGE assay, and synthesize a barcoded library of deformable and degradable barcoded hydrogel beads for single-cell barcoding. In Aim 2, we will optimize the method in bulk and single-cell levels, and assess the performance of PRODIGE (joint analysis) in comparison to other stand-alone counterparts. In Aim 3, we will benchmark PRODIGE to established tools for joint single-cell profiling of protein- DNA interactions and transcriptome. Successful implementation of the proposed program will deliver a high- throughput tool to quantify how cell-to-cell heterogeneity in protein-DNA binding influences gene expression variability, decipher cell-type-specific patterns of upstream protein-DNA interactions and their transcriptional outputs, and identify protein-mediated mechanisms that regulate cell-type-associated transcriptional programs in heterogeneous cell populations and under different developmental and/or disease conditions.
项目摘要/摘要 蛋白-DNA相互作用控制染色蛋白中对基因的访问,并调节空间和临时特异性 基因表达。这些相互作用对于细胞分化和维持细胞多样性至关重要。 蛋白-DNA相互作用的失调模式通常与疾病状态有关。接下来的申请 产生的表观基因组测序技术已实现了在蛋白质-DNA相互作用的反卷积 单细胞水平。但是,定义细胞到细胞的异质性在蛋白质-DNA中如何保持挑战 相互作用会影响基因表达变异性。当前可用的联合分析蛋白-DNA方法 来自单细胞的相互作用和基因表达需要实验室基因操纵,遭受相对较低的 吞吐量,并且不可能特异性地绘制具有翻译后修饰的蛋白质,例如组蛋白 标记。为了满足这些未满足的需求,我们建议开发Prodige - 一种用于关节的高通量工具 蛋白-DNA相互作用和基因表达在同一单个细胞中的分析而无需通用 操纵。通过可逆细胞固定,抗体引导的染色质的战略整合来启用它 标签,新颖的可变形和可降解的条形水凝胶珠,液滴微流体和下一步 生成测序技术。在AIM 1中,我们将开发技术组件和分析管道 prodige。我们将准备蛋白A-TN5转座体用于抗体引导的TN5标记,制造 用于单细胞生产分析的微流体设备,并合成一个可变形和的条形码库 可降解的条形码水凝胶珠,用于单细胞条形码。在AIM 2中,我们将优化批量和 与其他独立的单细胞水平,并评估体力物的性能(联合分析) 同行。在AIM 3中,我们将基准为建立的工具基准,用于蛋白质的联合单细胞分析 DNA相互作用和转录组。拟议计划的成功实施将提供高级 量化工具以量化蛋白质-DNA结合中细胞到细胞的异质性如何影响基因表达 上游蛋白-DNA相互作用及其转录的变异性,解密细胞类型特异性模式 输出并确定调节细胞类型相关转录程序的蛋白质介导的机制 在异质细胞群体以及不同的发育和/或疾病状况下。

项目成果

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数据更新时间:2024-06-01

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    2014-08
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  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.2
  • 作者:
    Bingtuan Gao;Wei Wei;Luoma Zhang;Ning Chen;Yingjun Wu;Yi Tang
    Bingtuan Gao;Wei Wei;Luoma Zhang;Ning Chen;Yingjun Wu;Yi Tang
  • 通讯作者:
    Yi Tang
    Yi Tang
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