Genetic and epigenetic architecture of natural telomere length variation

自然端粒长度变异的遗传和表观遗传结构

基本信息

  • 批准号:
    9923707
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 27.27万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2018
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2018-08-01 至 2022-05-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Project Summary Telomeres are evolutionarily conserved protein-DNA complexes at the physical ends of linear eukaryotic chromosomes. Telomeres shorten with age in most human cells, and their initial length pre-determines cellular lifespan. Mutations in telomere maintenance genes lead to cancer, premature aging and a number of age-related disorders. While mean telomere length in humans shows considerable inter-individual variation and appears to be under strong genetic control, the exact nature of factors establishing telomere length set point remains elusive. In our preliminary results using the model plant Arabidopsis thaliana we identify a major effect QTL in a recombinant inbred population that explains 48% of telomere length variation and map this QTL to a candidate gene, NOP2A. Notably, expression of the human NOP2 ortholog is linked to tumorigenesis and serves as a prognostic marker of tumor development. In this proposal, we will utilize genetic, genomic, biochemical and epigenetic approaches to decipher the mechanism of AtNOP2A function, and to uncover additional genetic and epigenetic factors involved in telomere length control. In Aim 1, through a series of quantitative transgenic rescue experiments we will identify the causal SNP and explore the mechanism by which NOP2A impacts telomere length. We will also employ powerful Arabidopsis genetic, genomic and transcriptomic tools to identify and characterize NOP2A-dependent genes and trans-regulators. In Aim 2, we will perform GWAS in 1,001 Arabidopsis genotypes and fine-map additional QTL in a bi-parental Arabidopsis RIL population to identify novel polymorphisms that affect telomere length. We will then perform a series of knock-out and transgenic rescue experiments to functionally characterize candidate genes and validate their role in telomere biology. In Aim 3, we will utilize a unique A. thaliana epigenetic recombinant inbred population with almost identical DNA sequences, but variable methylation and gene expression profiles, to fine-map two previously identified large-effect epi-QTL governing telomere length, and analyze how heritable epigenetic variation directly affects telomere length. Overall, the results of this study are expected to significantly increase understanding of genetic differences underlying telomere length polymorphism in natural Arabidopsis populations. Because modes of telomere regulation are highly conserved, our data may also provide novel insight into the molecular basis for different rates of aging and predisposition to diseases associated with telomere abnormalities in humans.
项目概要 端粒是进化上保守的蛋白质-DNA 复合物,位于染色体的物理末端。 线性真核染色体。大多数人类细胞的端粒随着年龄的增长而缩短, 初始长度预先决定细胞的寿命。端粒维持基因突变导致 癌症、过早衰老和许多与年龄有关的疾病。虽然平均端粒长度为 人类表现出相当大的个体间差异,并且似乎受到强大的遗传影响 控制,建立端粒长度设定点的因素的确切性质仍然难以捉摸。在我们的 使用模式植物拟南芥的初步结果,我们确定了一个主要效应QTL 重组近交群体可以解释 48% 的端粒长度变异并绘制该图 候选基因 NOP2A 的 QTL。值得注意的是,人类 NOP2 直系同源物的表达与 肿瘤发生并作为肿瘤发展的预后标志物。在这个提案中,我们 将利用遗传、基因组、生物化学和表观遗传学方法来破译该机制 AtNOP2A 功能,并揭示参与的其他遗传和表观遗传因素 端粒长度控制。目标1,通过一系列定量转基因拯救实验 我们将确定因果 SNP 并探索 NOP2A 影响端粒的机制 长度。我们还将利用强大的拟南芥遗传、基因组和转录组工具来 识别和表征 NOP2A 依赖性基因和反式调节因子。在目标 2 中,我们将 对 1,001 个拟南芥基因型进行 GWAS 并在双亲本中精细定位额外的 QTL 拟南芥 RIL 群体鉴定影响端粒长度的新多态性。我们将 然后进行一系列的敲除和转基因拯救实验以实现功能性 表征候选基因并验证它们在端粒生物学中的作用。在目标 3 中,我们将利用 具有几乎相同 DNA 的独特拟南芥表观遗传重组近交群体 序列,但甲基化和基因表达谱可变,以精细映射之前的两个 鉴定了控制端粒长度的大效应表观 QTL,并分析了表观遗传的遗传性 变异直接影响端粒长度。总体而言,本研究的结果预计 显着增加对端粒长度遗传差异的理解 自然拟南芥种群的多态性。因为端粒的调控方式是 高度保守,我们的数据还可以为不同的分子基础提供新的见解 人类的衰老速度和与端粒异常相关的疾病的易感性。

项目成果

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