Dynamics of Cardiac Nuclei in Heart Disease

心脏病中心脏细胞核的动态

基本信息

项目摘要

DESCRIPTION (provided by applicant): Heart failure is a progressive syndrome for which novel mechanistic insights are needed. Cardiac hypertrophy is known to involve activation of a fetal gene program that alters myocyte function. Recent studies from the non-cardiac field have made genome-wide analysis of nucleosome positioning and chromatin structure technically feasible. We reason that well-orchestrated chromatin remodeling events must exist to facilitate cardiac gene expression and propose that diseases like heart failure involve deranged chromatin structure at the genomic scale. The short term goal of this work is to understand the totality of proteins in the nucleus, the changes in these proteins during cardiac hypertrophy and the alterations in nucleosome positioning that occur with disease. These questions will be pursued in a clinically-relevant mouse model of pressure overload-induced cardiac hypertrophy and failure. The long term goal of this project is to integrate these concepts to understand how the changing protein makeup of the nucleus impinges on nucleosomes to alter their composition and post-translational modification leading to modified chromatin structure across the genome. Our unifying hypothesis is that hypertrophic stimuli mobilize a protein network that alters the cardiac- specific chromatin packaging that occurs during normal development, reverting the myocyte to a more fetal- like state and causing heart failure. This application leverages state-of-the-art proteomic and next generation DNA sequencing technology to conceptually advance our understanding of heart failure. The major strength of this application is innovation-we provide a novel hypothesis, supported by strong preliminary data, explaining how cardiac phenotype is reprogrammed during heart failure. Our approach will reveal discrete molecular mechanisms, but moreover, it has the potential to provide paradigm changing insights into how the cardiac proteome impinges on the genome to regulate chromatin structure and thereby cardiac phenotype. The insights gained from this work have direct relevance to the public health problem of heart failure. These studies will map the nuclear proteome and discern the role of nucleosome positioning in cardiac phenotype. This knowledge will provide a mechanistic basis for how the genome is reprogrammed with disease and help establish new paradigms for therapy. PUBLIC HEALTH RELEVANCE: Heart failure is a deadly syndrome for which novel mechanistic insights are desperately needed. We hypothesize that changes in proteins interacting with DNA during disease fundamentally alter the higher order structure of DNA by affecting positioning and modifications of chromatin structural proteins. These studies will provide the first insights into dynamics of chromatin structure in the heart and have the potential to establish a new paradigm for how the genome affects the behavior of the heart during disease.
描述(由申请人提供):心力衰竭是一种渐进综合征,需要新的机械见解。 已知心脏肥大涉及改变心肌细胞功能的胎儿基因程序的激活。 非心脏场的最新研究使整个基因组的核小体定位和染色质结构在技术上可行。 我们认为必须存在精心策划的染色质重塑事件,以促进心脏基因的表达,并提出诸如心力衰竭之类的疾病涉及基因组尺度上的染色质结构。 这项工作的短期目标是了解核中蛋白质的总体,心脏肥大期间这些蛋白质的变化以及疾病中核小体定位的改变。这些问题将在与临床上相关的压力超负荷引起的心脏肥大和失败的小鼠模型中提出。该项目的长期目标是整合这些概念,以了解细胞核的变化蛋白质构成如何影响核小体上的蛋白质成分,以改变其成分和翻译后修饰,从而导致整个基因组的修饰染色质结构。 我们统一的假设是,肥大刺激动员了一个蛋白质网络,该蛋白质网络改变了在正常发育过程中发生的心脏特异性染色质包装,从而将心肌细胞恢复到更像胎儿的状态并导致心力衰竭。该应用程序利用最先进的蛋白质组学和下一代DNA测序技术来概念上提高我们对心力衰竭的理解。该应用的主要优势是创新,我们提供了一个新的假设,并得到了强大的初步数据的支持,并解释了心力衰竭期间心脏表型如何重编程。我们的方法将揭示离散的分子机制,但此外,它具有更改范式对心脏蛋白质组如何影响基因组对调节染色质结构并从而进行心脏表型的范式的潜力。 从这项工作中获得的见解与心力衰竭的公共卫生问题直接相关。 这些研究将绘制核蛋白质组,并辨别核小体定位在心脏表型中的作用。 这些知识将为如何用疾病重编程基因组提供一个机械基础,并有助于建立新的治疗范式。 公共卫生相关性:心力衰竭是一种致命的综合症,迫切需要新颖的机械见解。 我们假设疾病期间蛋白质与DNA相互作用的变化从根本上通过影响染色质结构蛋白的定位和修饰来改变DNA的高阶结构。 这些研究将为心脏中染色质结构的动力学提供首次见解,并有可能建立一个新的范式,以了解基因组如何影响疾病期间心脏的行为。

项目成果

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