Understanding the variation of induced β-cell differentiation.
了解诱导β细胞分化的变化。
基本信息
- 批准号:10646289
- 负责人:
- 金额:$ 59.38万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2022
- 资助国家:美国
- 起止时间:2022-07-01 至 2026-06-30
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:3-DimensionalAddressAdultAffectBeta CellBiological AssayCRISPR screenCell Differentiation processCell LineCell LineageCellsChromatinDataDevelopmentDiabetes MellitusDiseaseEnhancersEnsureEpigenetic ProcessEthicsEtiologyFetusGenesGenetic DiseasesGenetic VariationGenomeGenomic approachGenomicsGoalsHi-CHumanIn VitroIndividualIntuitionLeadLegalMapsMetabolicMetabolismMethodsMitochondrial DNAModelingMolecularMusNamesNatureObesityPancreasPatientsPhysiologicalPopulationProtocols documentationPublishingReportingResearchResolutionSOX17 geneSeriesSortingStructure of beta Cell of isletSystemTCF7L2 geneTechnologyTherapeuticTimeTissuesTransplantationUntranslated RNAVariantVisualization softwareWorkblood glucose regulationcostdata resourcedata sharingdata visualizationdiabetes mellitus therapydifferentiation protocolendodermal progenitorepigenetic variationepigenomeexperimental studygain of functiongenome editinggenome wide association studyhuman embryonic stem cellhuman pluripotent stem cellimprovedin vivoindividual variationinduced pluripotent stem cellinnovationinsightisletloss of functionnovel therapeuticspancreas developmentpreventpromoterrisk variantsingle-cell RNA sequencingstem cellstooltraittranscriptomeweb site
项目摘要
Project Abstract
Pancreatic β-cells is essential for the regulation of blood glucose. One major hope for diabetes therapy
is to generate a large number of functional, transplantable beta-cells from patient-derived pluripotent cells.
In the past decade, a few in vitro protocols have been developed to differentiate human pluripotent stem
cells (hPSCs) into functional β-like cells, which also serve as fantastic tools for the study of human
pancreatic development to reveal the etiology of relevant diseases. However, the major limitations to use
β-cell differentiation system in research and therapeutics is that the protocol is still not robust. (i) The
differentiation generates heterogenous cell populations; (ii) Differentiation efficiency is variable between
different hPSC lines, and also between batches. (iii) The resulting β-like cells are still not quite equivalent
to primary β-cells from human islets at molecular and physiological levels. To address this problem, we
propose to use the latest single cell and low-input genomic technology to generate a reliable map of
lineage determination in this system. Importantly, we will for the first time map the individual variation
between the differentiation of 24 hPSC lines. To ensure robust comparison, we have devised a pooling-
demultiplexing single cell genomic approach that allows simultaneous mapping of many hPSC lines in
one scRNA-seq or scATAC-seq experiment. This strategy minimizes the batch variation and significantly
reduces the experimental cost. In Aim 1, we will use this approach and scRNA-seq to map the dynamics
and variation of single cell transcriptome while differentiating 24 hPSC lines towards pancreatic β-cells.
In Aim 2, we will map the dynamics and variation of open chromatin using scATAC-seq, and we will also
use a low-input Hi-C technology to reveal the dynamic 3D genome during β-cell differentiation. In aim 3,
we will perform high-throughput CRISPR screen and locus-specific genome editing to discover and
validate key differentiation regulators at both gene and enhancer levels. This project is built upon a rich
set of published and preliminary data, which already led to improved differentiation protocol and better
understanding of disease genetics. Completion of this project will deliver a comprehensive data resource
of transcriptome, epigenome, and 3D genome during the β-cell differentiation, which will shed light on
the disease etiology, and reveal novel therapeutic opportunities.
项目摘要
胰腺β细胞对于血糖调节至关重要,这是糖尿病治疗的主要希望之一。
目的是从患者来源的多能细胞中产生大量功能性的、可移植的β细胞。
在过去的十年中,已经开发了一些体外方案来区分人类多能干细胞
细胞(hPSC)转化为功能性 β 样细胞,这也是研究人类的绝佳工具
胰腺发育揭示相关疾病的病因然而,其使用存在主要局限性。
β细胞分化系统在研究和治疗中的方案仍然不健全(i)。
(ii) 分化效率在
不同的 hPSC 系以及批次之间 (iii) 所得的 β 样细胞仍然不完全相同。
为了解决这个问题,我们在分子和生理水平上对来自人类胰岛的初级β细胞进行了研究。
建议使用最新的单细胞和低输入基因组技术来生成可靠的图谱
重要的是,我们将首次绘制该系统中的个体变异图谱。
为了确保稳健的比较,我们设计了一个池化模型。
多路分离单细胞基因组方法允许同时对许多 hPSC 系进行定位
一项 scRNA-seq 或 scATAC-seq 实验 此策略可最大限度地减少批次差异并显着减少。
在目标 1 中,我们将使用这种方法和 scRNA-seq 来绘制动态图。
以及将 24 个 hPSC 系分化为胰腺 β 细胞时单细胞转录组的变化。
在目标 2 中,我们将使用 scATAC-seq 绘制开放染色质的动态和变化图,我们还将
在目标 3 中,使用低输入 Hi-C 技术揭示 β 细胞分化过程中的动态 3D 基因组。
我们将进行高通量 CRISPR 筛选和位点特异性基因组编辑来发现和
在基因和增强子水平上验证关键的分化调节因子该项目建立在丰富的基础上。
一组已发布的初步数据,这些数据已经导致改进的分化协议和更好的
完成该项目将提供全面的数据资源。
β细胞分化过程中转录组、表观基因组和 3D 基因组的研究,这将有助于揭示
疾病病因学,并揭示新的治疗机会。
项目成果
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