Zebrafish Genetics to Identify Genes Involved in Hematopoiesis

斑马鱼遗传学鉴定参与造血的基因

基本信息

  • 批准号:
    8531909
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 15.86万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2010
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2010-09-15 至 2015-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

DESCRIPTION (provided by applicant): The goal of this project is to offer novel insights into heme synthesis and hematopoietic pathways that can improve treatment of congenital and acquired anemia. Despite decades of efforts to understand genetic blood disorders, every year 400,000 newly born babies worldwide face dreadful complications in the absence of effective therapies. Thus, better understanding and knowledge of heme synthesis, iron metabolism, and hematopoietic stem/progenitor revcell (HSPC) biogenesis is required. The zebrafish, with its close synteny to the human genome and its conserved molecular pathways regulating the development of hematopoietic tissues, offers a powerful tool to understand human blood disorders. Based on our Poisson distribution analyses, we hypothesized that the genetic screens for anemic mutants are not at saturation to study hematologic diseases. We employed de novo ethyl nitrosourea (ENU) based genetic screens and identified five unique zebrafish anemic mutants, including sauvignon blanc (sav) and pinotage (pnt). pnt exhibits hypochromic anemia. pnt has a defect in hemoglobinisation while preserving red cell numbers. In contrast, sav shows anemia due to a lack of erythroid cells. sav lacks expression markers for HSPC (scl/tal1), myeloerythroid progenitor (gata-1), erythroid ((-globin) and myeloid (mpo) cells. Expression of vascular markers such as, fli-1 is preserved in sav. These data suggest that the pathophysiology of sav is confined to hematopoietic cell development and not to mesodermal cells. The genetic mapping, positional cloning, loss-of-function, mRNA expression levels, and cRNA over-expression studies have revealed a novel functional gene for the pnt locus. We have identified closely linked (~0 cM) genetic markers flanking the unique sav locus. In order to further characterize the importance of the disrupted genes in pnt and sav mutants and their involvement in genetic blood disorders, we propose: 1) To analyze the biochemical function of the pnt gene in heme synthesis. The pathophysiology of the pnt gene in hypochromic anemia will be ascertained by analyzing mechanisms regulating transport and incorporation of iron into heme or [Fe-S] cluster synthesis using mammalian and other model organisms. 2) To identify the sav gene and its function in hematopoiesis. The positional cloning, loss-of-function, cRNA over-expression studies and mutational analyses will be performed to identify the sav gene. We will perform assays to derive cell intrinsic or extrinsic role of sav in the regulation of hematopoiesis, hematopoietic stem/progenitor cell development, stem cell self-renewal, and cell differentiation. In the long term, the successful outcomes of these projects will lay strong foundations to understand human genetic blood diseases and to discover new opportunities for improved therapies. The potential of zebrafish genetics, expert guidance of mentors and scientific advisors, and the environment of Harvard Medical Community will certainly provide the candidate a unique opportunity to evolve as a successful independent investigator.
描述(由申请人提供):该项目的目标是提供对血红素合成和造血途径的新颖见解,以改善先天性和获得性贫血的治疗。尽管几十年来人们一直在努力了解遗传性血液疾病,但全球每年仍有 400,000 名新生儿在缺乏有效治疗的情况下面临可怕的并发症。因此,需要更好地理解和了解血红素合成、铁代谢和造血干细胞/祖细胞逆转细胞 (HSPC) 生物发生。斑马鱼与人类基因组密切同线性,并且具有调节造血组织发育的保守分子途径,为了解人类血液疾病提供了强大的工具。根据我们的泊松分布分析,我们假设贫血突变体的遗传筛查尚未达到研究血液疾病的饱和状态。我们采用了基于从头乙基亚硝基脲 (ENU) 的遗传筛选,并鉴定了五种独特的斑马鱼贫血突变体,包括长相思 (sav) 和皮诺塔吉 (pnt)。 pnt表现出低色素性贫血。 pnt 在保留红细胞数量的同时存在血红蛋白化缺陷。相反,sav 由于缺乏红细胞而表现出贫血。 sav 缺乏 HSPC (scl/tal1)、髓红细胞祖细胞 (gata-1)、红细胞 ((-globin) 和骨髓 (mpo) 细胞的表达标记物。诸如 fli-1 等血管标记物的表达保留在 sav 中。这些数据表明sav的病理生理学仅限于造血细胞发育而不是中胚层细胞。功能丧失、mRNA 表达水平和 cRNA 过度表达研究揭示了 pnt 基因座的一个新功能基因,我们已经鉴定了独特 sav 基因座两侧的紧密连锁 (~0 cM) 遗传标记。鉴于 pnt 和 sav 突变体中被破坏的基因的重要性及其与遗传性血液疾病的关系,我们建议:1)分析 pnt 基因在血红素合成中的生化功能。低色素性贫血中 pnt 基因的病理生理学将通过使用哺乳动物和其他模型生物分析调节铁转运和掺入血红素或 [Fe-S] 簇合成的机制来确定。 2)鉴定sav基因及其在造血中的功能。将进行定位克隆、功能丧失、cRNA 过度表达研究和突变分析来鉴定 sav 基因。我们将进行测定,以得出 sav 在调节造血、造血干/祖细胞发育、干细胞自我更新和细胞分化中的细胞内在或外在作用。从长远来看,这些项目的成功成果将为了解人类遗传性血液疾病和发现改进疗法的新机会奠定坚实的基础。斑马鱼遗传学的潜力、导师和科学顾问的专家指导以及哈佛医学界的环境必将为候选人提供独特的机会,使其成为一名成功的独立研究者。

项目成果

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