Mechanism and Function of Chromatin Positional Dynamics in Interphase

间期染色质位置动力学的机制和功能

基本信息

  • 批准号:
    8895465
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 24.9万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2013
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2013-09-01 至 2017-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Project Summary/Abstract The goal of the proposed research is (1) to measure spatially and temporally resolved chromatin dynamics in mammalian cells in interphase in vivo and (2) determine the origin and function of these dynamical behaviors by combining quantitative approaches derived from physical sciences with tools from molecular biology and biochemistry. The dynamic behavior of chromatin (DNA and associated proteins) has traditionally been studied by live cell microscopy of nuclear proteins, single genes, subchromosomal foci and chromosomal territories [Marshall et al. 1997; Belmont et al. 1998; Levi et al. 2005; Kumaran et al. 2008; Stixova et al. 2011]. Such studies are highly informative, but in practice one can only investigate a few sites simultaneously. Approaches that provide a picture of an overall chromatin dynamics have been slow to develop [Abney et al. 1997]. In the proposed research we will use our newly developed method of velocity correlation spectroscopy (VCS) [Zidovska et al. 2012a], combined with established methods like particle image velocimetry (PIV) and spatio-temporal image correlation spectroscopy (STICS), to measure high-resolution chromatin velocity maps and spatio-temporal evolution of chromatin dynamics over an entire nucleus for the first time (aim 1). In previous work using VCS we found local coherence in spatio-temporal chromatin dynamics, showing that chromatin dynamics is correlated over micron and second scale [Zidovska et al. 2012b]. Our preliminary studies also showed that chromatin dynamics uses ATP, but is independent of the cytoskeleton, hinting at nuclear ATPases being responsible for the observed dynamics. We will probe the origin of the observed chromatin dynamics by specifically inhibiting major nuclear ATPases (polymerase II, DNA polymerase and topoisomerase) using molecular poisons or RNA interference and analyzing the spatio-temporal changes in the pattern of measured chromatin dynamics (aim 2). An exciting preliminary finding showed that chromatin dynamics are largely blocked by a recently-described small molecule JQ1, which binds specifically to four BET family bromodomain proteins, antagonizing their binding to histones [Filippakopoulos et al. 2010]. By investigating how JQ1 blocks chromatin motility we will gain new information on the role of BET proteins in chromatin dynamics. Since JQ1 has demonstrated efficacy in translational models of poorly differentiated carcinoma, multiple myeloma and acute leukemia [Delmore et al. 2011; Zuber et al. 2011], this work may also help elucidate the cellular effects of a promising anti-cancer agent. Finally, we extend this approach to a small panel of cancer and non-cancer cell lines (aim 3) to ask whether chromatin dynamics are perturbed in cancer. If so, VCS analysis might prove useful as a diagnostic tool. Our discoveries in this project will provide a framework for a mechanistic picture of the origins and functional importance of chromatin dynamics in mammalian cells.
项目概要/摘要 拟议研究的目标是(1)测量空间和时间分辨的染色质动态 哺乳动物细胞在体内处于间期,并且(2)确定这些动态行为的起源和功能 通过将物理科学的定量方法与分子生物学的工具相结合, 生物化学。 染色质(DNA 和相关蛋白质)的动态行为传统上是通过 核蛋白、单基因、染色体亚灶和染色体区域的活细胞显微镜检查 [马歇尔等人。 1997;贝尔蒙特等人。 1998;利维等人。 2005年;库马兰等人。 2008年;斯蒂克索娃等人。 2011]。这样的 研究内容丰富,但实际上只能同时调查几个地点。方法 提供整体染色质动态图景的技术发展缓慢[Abney 等人。 1997]。 在拟议的研究中,我们将使用我们新开发的速度相关谱方法 (VCS)[Zidovska 等人。 2012a],结合粒子图像测速(PIV)等既定方法和 时空图像相关光谱 (STICS),用于测量高分辨率染色质速度图 以及首次研究整个细胞核染色质动力学的时空演化(目标 1)。在 在之前使用 VCS 的工作中,我们发现了时空染色质动力学的局部一致性,表明 染色质动力学在微米和秒尺度上相关 [Zidovska 等人。 2012b]。我们的初步 研究还表明,染色质动力学使用 ATP,但独立于细胞骨架,暗示 核ATP酶负责观察到的动态。我们将探究所观察到的现象的起源 通过特异性抑制主要核 ATP 酶(聚合酶 II、DNA 聚合酶和 拓扑异构酶)使用分子毒物或RNA干扰并分析拓扑异构酶的时空变化 测量的染色质动力学模式(目标 2)。一项令人兴奋的初步发现表明,染色质 动力学很大程度上被最近描述的小分子 JQ1 所阻断,该小分子与四个 BET 特异性结合 家族布罗莫结构域蛋白,拮抗其与组蛋白的结合[Filippakopoulos 等人。 2010]。经过 通过研究 JQ1 如何阻断染色质运动,我们将获得有关 BET 蛋白在染色质运动中的作用的新信息。 染色质动力学。由于 JQ1 已在低分化细胞的转化模型中表现出功效 癌、多发性骨髓瘤和急性白血病[Delmore 等人。 2011;祖伯等人。 2011],这项工作也可能 帮助阐明一种有前途的抗癌药物的细胞作用。 最后,我们将这种方法扩展到一小部分癌症和非癌细胞系(目标 3),以询问 癌症中染色质动力学是否受到干扰。如果是这样,VCS 分析可能有助于诊断 工具。我们在这个项目中的发现将为起源和起源的机械图景提供一个框架。 哺乳动物细胞中染色质动力学的功能重要性。

项目成果

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