Enamel atlas: systems-level amelogenesis tools at multiple scales
牙釉质图谱:多尺度的系统级釉质生成工具
基本信息
- 批准号:10467066
- 负责人:
- 金额:$ 63.65万
- 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:2021-08-01 至 2024-07-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:AddressAffectAllelesAmeloblastsAmelogenesisAmelogenesis ImperfectaAtlasesBenchmarkingBiological ProcessBiologyBiophysicsCell SeparationCell physiologyCellsChromosome MappingColorCommunitiesComplementCre driverDefectDental EnamelDental cariesDentitionDevelopmentDevelopmental ProcessDimensionsDiseaseElectronsEnamel FormationFlow CytometryFluorescenceGene ExpressionGene Expression ProfileGene Expression ProfilingGenerationsGenesGeneticGenetic TranscriptionGleanHealthHeterogeneityHumanIncisorInterventionKnock-inLengthLifeMaturation-Stage AmeloblastMeasurementMechanicsMethodsMicroscopyMineralsModelingMolecular ProfilingMusMutant Strains MiceNanostructuresNaturePathway interactionsPeptide HydrolasesPeptidesPhasePhysiologicalPopulationProcessProductionPropertyProteinsProteomeProteomicsPsychological ImpactQuality of lifeReagentRegulationReporterReporter GenesResearchResearch PersonnelSocietiesSpecific qualifier valueStructureSystemTechniquesTissuesTooth structureTranslationsWild Type MouseX-Ray Medical Imagingameloblastinbiophysical analysisbiophysical propertiescell behaviorconditional knockoutcostdifferential expressionenamel matrix proteinsgene functiongenetic approachin vivoinnovationinterestlive cell imagingmass spectrometric imagingmechanical propertiesmultimodalitymutantnext generationnovelnovel strategiesrare conditionself assemblysingle-cell RNA sequencingspatiotemporaltooltranscriptome sequencingtranscriptomicsvibration
项目摘要
ABSTRACT
Enamel defects, whether congenital, acquired, or environmental in origin, are associated with a significant cost
to society and also have profound psychological impacts. Despite significant progress over the last decade, the
developmental process that gives rise to enamel, known as amelogenesis, remains poorly understood. We have
identified at least two factors that have delayed progress, and which we propose to address in this application.
One is that existing mouse reagents, which provide the primary model for understanding genetic regulation of
amelogenesis, have deficiencies that hinder dissecting the mechanisms in vivo. Another challenge is that new
information regarding the nanostructure and phase composition of enamel have begun to emerge that prior
models did not take into account. The ability to access powerful new genetic approaches, “omics” techniques
and materials characterization methods therefore creates unprecedented opportunities to generate sophisticated
new tools that will help push amelogenesis research to the next level.
We propose to take full advantage of these recent technical advances and of the complementary expertise of
our team to create an integrated, multi-modal set of tools and reference materials. Specifically, we will generate
innovative mouse reagents, including amelogenesis-stage specific Cre drivers, reporters and conditional
knockout and knock-in models of key structural and proteolytic players that constitute the enamel matrix, which
will enable a workflow to profile transcription (using RNA sequencing) and translation (using proteomics) at
specific developmental stages, and even on a single cell basis (using single-cell RNA sequencing). Tissue and
cell-level molecular profiling will be complemented by an in-depth characterization of the structure, composition,
and mechanical properties of forming and mature enamel at overlapping length scales. By mapping gene
expression, specifying local proteomes, and quantitatively assessing impact of the perturbations at each of these
levels on the materials properties of enamel, we will create a platform that will empower amelogenesis
researchers, help delineate mechanisms of disease, and lay the groundwork to enable the development of new
approaches of intervention.
抽象的
牙釉质缺陷,无论是先天性、后天性还是环境原因,都会带来巨大的成本
尽管过去十年取得了重大进展,但
我们对牙釉质形成的发育过程(称为釉质形成)仍知之甚少。
确定了至少两个延迟进展的因素,我们建议在本申请中解决这些因素。
一是现有的小鼠试剂,它为理解基因调控提供了主要模型
釉质形成存在缺陷,阻碍了体内机制的解剖。另一个挑战是新的。
关于牙釉质纳米结构和相组成的信息已经开始出现,之前
模型没有考虑获得强大的新遗传方法、“组学”技术的能力。
因此,材料表征方法创造了前所未有的机会来生成复杂的
新工具将有助于将釉质形成研究推向新的水平。
我们建议充分利用这些最新的技术进步和互补的专业知识
我们的团队将创建一套集成的、多模式的工具和参考材料。
创新的小鼠试剂,包括釉质形成阶段特定的 Cre 驱动程序、生产者和条件
构成牙釉质基质的关键结构和蛋白水解参与者的敲除和敲入模型,
将启用一个工作流程来分析转录(使用 RNA 测序)和翻译(使用蛋白质组学)
特定的发育阶段,甚至在单细胞基础上(使用单细胞 RNA 测序)。
细胞水平的分子分析将得到结构、组成、
通过绘制基因图谱来确定重叠长度尺度上形成和成熟牙釉质的机械特性。
表达,指定局部蛋白质组,并定量评估每个扰动的影响
牙釉质材料特性的水平,我们将创建一个平台,将促进釉质生成
研究人员帮助描绘疾病机制,并为开发新药物奠定基础
干预方法。
项目成果
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