Chromatin Organization Regulates Osteogenesis
染色质组织调节成骨
基本信息
- 批准号:10540818
- 负责人:
- 金额:$ 50.64万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2020
- 资助国家:美国
- 起止时间:2020-01-06 至 2024-12-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:AcetylationAcuteAffectAgingAlkaline PhosphataseBindingBiological AssayBone DevelopmentBone Formation StimulationBone RegenerationBone SurfaceBone TissueCCCTC-binding factorCRISPR/Cas technologyCell LineageCell SeparationCellsChromatinChromatin StructureChromosome MappingChromosomesClustered Regularly Interspaced Short Palindromic RepeatsCompetenceComplementComplexControl GroupsData SetDevelopmentDimensionsEnhancersEpigenetic ProcessFemaleFutureGene ExpressionGene Expression RegulationGenesGenetic TranscriptionGenomeGenomic SegmentGenomicsHi-CHigher Order Chromatin StructureHistologyImpairmentImplantInjectionsInterventionKnowledgeLinkMapsMature BoneMediatingMesenchymal Stem CellsMicroRNAsModelingModificationMusOsteoblastsOsteogenesisOutcomePhenotypePrevention strategyPublishingRegulatory ElementResearchResolutionRoleSelection CriteriaSpecific qualifier valueSupporting CellTestingTherapeuticTimeTissuesTranscriptional RegulationTransplantationUndifferentiatedbonebone losschromosomal locationclinically relevantcohortdifferential expressionfunctional genomicsgene networkhistone modificationin vivoin vivo evaluationmalemouse modelnovelosteoblast differentiationosteogenicprogramsprotein complexskeletal disorderstem cellssubcutaneoustranscription factortranscriptome sequencingtranslational applicationstreatment strategy
项目摘要
SUMMARY
This new R01 builds on discoveries during the R37 period (2008-2018) that established epigenetic mechanisms
(miRNAs, histone modifications) regulating osteoblast differentiation. We characterized for the first time a
“signature” of specific histone modifications that are associated with dynamic changes in gene expression during
the temporal progression of osteogenesis. These histone modifications also predicted “enhancers”, which are
critical cis-regulatory elements that contribute to local gene expression. We now propose to examine the recently
recognized “super enhancer” domains (SEDs) that include regulatory elements for multiple transcription factors
that have emerged as key regulators of cell phenotypes. SEDs function in chromatin organization via long range
intra- and inter-chromosomal interactions that coordinate control of gene cohorts responsible for lineage
specification and distinct cell identity. Our preliminary studies have identified a subset of SEDs that we now
propose are putative “bone-essential super-enhancers” and candidates for the important decision stage of
commitment to osteogenesis from MSCs. We hypothesize that super-enhancer domains are differentially
activated from the undifferentiated MSC to the osteoblast commitment stage, and function to establish the
osteogenic phenotype by coordinately regulating gene networks and contributing to higher order chromatin
organization that supports cell identity. Our studies will in: Aim1- analyze the functional effects of prioritized SEDs
we have identified related to osteoblastogenesis and mature bone activities through directed inhibition and
activation of SEDs using CRISPR/Cas9 in MSCs; Aim 2- determine the chromosomal domains that interact
with SEDs to control multiple genes and networks that commit MSCs to the osteoblast phenotype through
chromatin organization; and Aim 3- demonstrate in mouse models that using CRISPR activated SEDs in MSCs
will stimulate bone formation.
Impact: These studies pioneer a new level of gene regulation for MSC lineage commitment to osteogenesis,
based on an emerging understanding of SED functions in other tissues but have been minimally studied in bone.
By characterizing SED mechanisms related to chromatin organization and stabilization in MSCs, we will discover
novel mechanisms of multi-dimensional coordinate control of transcriptional hubs and protein complexes within
an SED that is responsible for establishing commitment to the osteoblast phenotype. Importantly, knowledge of
the chromatin organization that stabilizes the osteogenic phenotype impacts on future novel treatment strategies
for skeletal disorders.
概括
这个新的 R01 建立在 R37 时期(2008-2018)的发现之上,这些发现建立了表观遗传机制
我们首次表征了调节成骨细胞分化的(miRNA、组蛋白修饰)。
特定组蛋白修饰的“签名”,与基因表达的动态变化相关
这些组蛋白修饰也预测了“增强子”,即“增强子”。
我们现在建议检查最近的有助于局部基因表达的关键顺式调控元件。
公认的“超级增强子”结构域(SED),其中包含多种转录因子的调控元件
SED 已成为细胞表型的关键调节因子,通过长程在染色质组织中发挥作用。
染色体内和染色体间的相互作用,协调负责谱系的基因群的控制
我们的初步研究已经确定了我们现在的 SED 子集。
提案被认为是“骨必需超级增强剂”,是重要决策阶段的候选者
我们勇敢地承认,超级增强子域是有差异的。
从未分化的MSC激活到成骨细胞定型阶段,并发挥建立成骨细胞的功能
通过协调调节基因网络并促进高阶染色质来形成成骨表型
支持细胞身份的组织将: 目标 1-分析优先 SED 的功能效果。
我们通过定向抑制和鉴定与成骨细胞生成和成熟骨活性相关
在 MSC 中使用 CRISPR/Cas9 激活 SED;目标 2-确定相互作用的染色体结构域;
使用 SED 来控制多个基因和网络,通过这些基因和网络将 MSC 转变成成骨细胞表型
染色质组织;目标 3- 在小鼠模型中证明使用 CRISPR 激活 MSC 中的 SED
会刺激骨骼形成。
影响:这些研究开创了 MSC 谱系对成骨作用的基因调控新水平,
基于对其他组织中 SED 功能的新认识,但在骨骼中的研究很少。
通过表征 MSC 中与染色质组织和稳定相关的 SED 机制,我们将发现
转录中枢和蛋白质复合物多维坐标控制的新机制
SED 负责建立对成骨细胞表型的承诺,重要的是,了解有关成骨细胞表型的知识。
稳定成骨表型的染色质组织对未来新型治疗策略的影响
用于骨骼疾病。
项目成果
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