Leveraging multi-species single cell omic datasets to study the evolution of cell type-specific gene regulatory networks

利用多物种单细胞组学数据集研究细胞类型特异性基因调控网络的进化

基本信息

  • 批准号:
    10710055
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 46.48万
  • 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:
    2022-09-26 至 2026-07-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

PROJECT SUMMARY Comparative functional genomics offers a powerful framework to study the molecular underpinnings of species- specific traits. Gene regulatory networks (GRNs) which control precise context-specific expression patterns of genes play a significant role in diversifying phenotypes across species. These networks are central to cell type specific function and are often disrupted in many diseases. However, comparison of gene regulatory networks across species has been challenging because of the lack of sufficient number of samples across matched biological contexts. Single cell omic technologies, such as single cell RNA-seq (scRNA-seq) and ATAC-seq (scATAC-seq), are revolutionizing biology enabling researchers to profile the activity of nearly all genomic regions in each individual cell. Single cell omic studies are quickly expanding to multiple species providing unprecedented opportunities to define cell types and their underlying gene regulatory networks and study their evolution. However, computational methods for defining cell-types and cell-specific GRNs across species are in their infancy. In particular, samples in a multi-species scRNA-seq dataset are related by a phylogeny, however, existing integration approaches do not model these relationships. Furthermore, existing approaches are restricted to one-to-one relationships across species, which makes it difficult to study some of the major sources of evolutionary innovation (e.g., duplications) in cell type identity. In this project, we will develop novel computational methods to tackle two problems: (a) defining cell types and their lineage relationships across species from scRNA-seq and scATAC-seq datasets, (b) inference and comparative analysis of cell type-specific GRNs across species from single cell RNA-seq and ATAC-seq data. Our tools will be based on machine learning methods, namely, probabilistic graphical models, multi-task and multi-view learning, and matrix factorization, that offer principled frameworks to integrate information across species. We will first test these tools in human and mouse scRNA-seq/ATAC-seq datasets from our collaborators and published studies. We will demonstrate the full potential of our tools on a novel multi-species kidney scRNA-seq/scATAC-seq dataset that we will collect to study normal kidney function as well as compensatory renal growth, which controls how one kidney recovers after surgical removal of another kidney. We will identify conserved and diverged regulatory networks that will be used to prioritize sequence and protein regulators for validation studies with CRISPR and siRNA. Our analysis will reveal key insights into how GRNs evolve across species and how they establish different cell types. Our approaches and novel datasets will provide critical insight into the molecular programs governing kidney structure and function that could have a significant clinical impact for patients with kidney disease. Our methods will constitute a suite of broadly applicable tools that can shed insight into principles of gene regulation and cell fate specification that will be applicable to single cell datasets from diverse multi-cellular systems.
项目摘要 比较功能基因组学提供了一个强大的框架,用于研究物种的分子基础 - 具体特征。基因调节网络(GRNS)控制精确的上下文特异性表达模式 基因在跨物种多样化的表型中起着重要作用。这些网络是单元类型的核心 特定功能,通常在许多疾病中受到干扰。但是,基因调节网络的比较 整个物种都具有挑战性,因为匹配之间缺乏足够数量的样本 生物环境。单细胞磁性技术,例如单细胞RNA-seq(SCRNA-SEQ)和ATAC-SEQ (scatac-seq)正在革新生物学,使研究人员能够介绍几乎所有基因组的活性 每个单个单元中的区域。单细胞的研究迅速扩展到多种物种提供 空前定义细胞类型及其基础基因调节网络并研究其的机会 进化。但是,用于定义细胞类型和跨物种细胞特异性GRN的计算方法是 在他们的婴儿期。特别是,多物种中的样品SCRNA-SEQ数据集与系统发育相关,但是 现有的集成方法不会对这些关系进行建模。此外,现有方法是 仅限于整个物种的一对一关系,这使得很难研究一些主要来源 细胞类型身份中的进化创新(例如重复)。在这个项目中,我们将开发小说 解决两个问题的计算方法:(a)定义细胞类型及其谱系关系 来自SCRNA-SEQ和SCATAC-SEQ数据集的物种,(b)细胞类型特异性的推理和比较分析 来自单细胞RNA-SEQ和ATAC-SEQ数据的物种跨物种的GRN。我们的工具将基于机器学习 方法,即概率图形模型,多任务和多视图学习以及矩阵分解,即 提供原则的框架,以整合跨物种的信息。我们将首先在人类中测试这些工具, 鼠标SCRNA-SEQ/ATAC-SEQ数据集来自我们的合作者并发表的研究。我们将证明 我们将收集到的新型多物种肾脏scrna-seq/scatac-seq数据集中的工具的全部潜力 研究正常的肾功能以及补偿性肾脏生长,该功能控制一个肾脏如何恢复 手术切除另一个肾脏后。我们将确定保守和分歧的监管网络 用于使用CRISPR和siRNA验证研究优先级和蛋白质调节剂。我们的分析 将揭示有关GRN如何在物种中发展以及它们如何建立不同细胞类型的关键见解。我们的 方法和新颖的数据集将为肾脏的分子程序提供关键的见解 可能对肾脏疾病患者产生重大临床影响的结构和功能。我们的方法 将构成一系列广泛适用的工具,可以洞悉基因调节原理和细胞原理 命运规范将适用于来自不同多细胞系统的单个单元数据集。

项目成果

期刊论文数量(1)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Predicting patient-specific enhancer-promoter interactions.
  • DOI:
    10.1016/j.crmeth.2023.100594
  • 发表时间:
    2023-09-25
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Sushmita Roy其他文献

Sushmita Roy的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Sushmita Roy', 18)}}的其他基金

Defining gene regulatory networks controlling cell fate
定义控制细胞命运的基因调控网络
  • 批准号:
    10669280
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 46.48万
  • 项目类别:
Leveraging multi-species single cell omic datasets to study the evolution of cell type-specific gene regulatory networks
利用多物种单细胞组学数据集研究细胞类型特异性基因调控网络的进化
  • 批准号:
    10595349
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 46.48万
  • 项目类别:
Defining gene regulatory networks controlling cell fate
定义控制细胞命运的基因调控网络
  • 批准号:
    10530982
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 46.48万
  • 项目类别:
Computational approaches for comparative regulatory genomics to decipher long-range gene regulation
比较调控基因组学的计算方法来破译远程基因调控
  • 批准号:
    10208923
  • 财政年份:
    2018
  • 资助金额:
    $ 46.48万
  • 项目类别:
Computational Inference of Regulatory Network Dynamics on Cell Lineages
细胞谱系调控网络动力学的计算推断
  • 批准号:
    9979901
  • 财政年份:
    2016
  • 资助金额:
    $ 46.48万
  • 项目类别:

相似国自然基金

阿魏酸基天然抗氧化抗炎纳米药物用于急性肾损伤诊疗一体化研究
  • 批准号:
    82302281
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
SGO2/MAD2互作调控肝祖细胞的细胞周期再进入影响急性肝衰竭肝再生的机制研究
  • 批准号:
    82300697
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
基于hemin-MOFs的急性心肌梗塞标志物负背景光电化学-比色双模分析
  • 批准号:
    22304039
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
RNA甲基转移酶NSUN2介导SCD1 mRNA m5C修饰调控急性髓系白血病细胞铁死亡的机制研究
  • 批准号:
    82300173
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
基于IRF5/MYD88信号通路调控巨噬细胞M1极化探讨针刀刺营治疗急性扁桃体炎的机制研究
  • 批准号:
    82360957
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    地区科学基金项目

相似海外基金

Molecular analysis of glutamatergic neurons derived from iPSCs containing PPM1D truncating mutations found in Jansen de Vries Syndrome
Jansen de Vries 综合征中发现的含有 PPM1D 截短突变的 iPSC 衍生的谷氨酸能神经元的分子分析
  • 批准号:
    10573782
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 46.48万
  • 项目类别:
Defining the impact of cannabinoids on the HIV reservoir in humanized mice
确定大麻素对人源化小鼠 HIV 储存库的影响
  • 批准号:
    10814024
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 46.48万
  • 项目类别:
Resolvin receptor signaling in trigeminal sensory neurons
三叉神经感觉神经元中的 Resolvin 受体信号传导
  • 批准号:
    10738862
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 46.48万
  • 项目类别:
SPORE University of Texas M. D. Anderson Cancer Center-Leukemia
SPORE 德克萨斯大学 MD 安德森癌症中心 - 白血病
  • 批准号:
    10911713
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 46.48万
  • 项目类别:
Inflammatory Signaling and Regeneration in Zebrafish models of Retinal Degeneration
视网膜变性斑马鱼模型中的炎症信号传导和再生
  • 批准号:
    10751153
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 46.48万
  • 项目类别:
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了