Transpositional scaling and niche transitions restore organ size and shape during zebrafish fin regeneration
斑马鱼鳍再生过程中,转位缩放和生态位转变可恢复器官大小和形状
基本信息
- 批准号:10115761
- 负责人:
- 金额:$ 41.45万
- 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:2018-06-08 至 2023-02-28
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:AdultAllelesAnatomyAnimalsBone DiseasesBone RegenerationCRISPR/Cas technologyCell LineageCellsCodeComplexCongenital AbnormalityDistalDorsalEctopic ExpressionEpigenetic ProcessEpithelialFamilyGene Expression ProfileGene Expression ProfilingGeneticGenetic TranscriptionGeometryGrowthHealthHomeostasisHumanIndividualInjuryInstructionIon ChannelLeadLong QT SyndromeMalignant NeoplasmsMesenchymalMesenchymeModelingMolecularMosaicismMutateMutationNatural regenerationNatureOrganOrgan SizePhenotypePopulationPositioning AttributePotassium ChannelProcessProductionPropertyProteinsRegenerative MedicineResearchResolutionScientistShapesSignal TransductionSiteSkeletonSpecific qualifier valueSystemTestingTissuesTranslatingWNT Signaling PathwayWidthWorkZebrafishbonebone geometrycell typeexhaustexperimental studyfundamental researchhuman diseaseinsightnovelorgan regenerationpredictive modelingprogenitorprogramsrepairedresearch studyself-renewalsingle-cell RNA sequencingskeletal regenerationsmall moleculestem cellstechnological innovationtherapeutic targettissue repairtranscription factortumor
项目摘要
PROJECT SUMMARY:
Organs and other complex tissues “know” when and how to stop growing to arrive at the correct size and
shape. Disruption of organ size control mechanisms can lead to congenital abnormalities, poor organ
homeostasis and tissue repair, and tumors. Adult zebrafish caudal fins, including their complex skeleton and
other tissues, perfectly regenerate to their original size and shape regardless of the nature or position of the
injury. Therefore, zebrafish fin regeneration provides a compelling and genetically tractable vertebrate model
to interrogate organ size control mechanisms. Prevailing models for robust fin size regeneration speculate that
fin cells maintain a multitude of “positional identities” that somehow instruct different degrees of outgrowth.
We propose a distinct and straightforward model that neatly explains how fin size and shape is restored without
invoking molecularly encoded positional information. A key cell population at the distal end of the
regenerating fin that we term the “niche” produces Wnt signals that promote fin outgrowth by sustaining
progenitor cells. We identify Dachsund transcription factors as novel niche markers and show that the niche
uniquely forms from intra-‐‑ray mesenchyme that populates the inside of the cylindrical, differentially sized,
and progressively tapered fin rays. We show that the niche, and therefore Wnt, steadily dissipates as
regeneration unfolds; once exhausted, growth stops. As such, regenerated fin size is dictated by the amount of
niche formed upon damage – which is simply dependent on the availability of intra-‐‑ray mesenchyme and
hence bone width at the damage site. This “transpositional scaling” model suggests that macro-‐‑scale fin size
and shape is determined by mesenchyme-‐‑niche state transitions and self-‐‑restoring bone geometry rather than
unique positional identities of individual cells. We will explore this paradigm and uncover underlying cell and
molecular mechanisms for size control during fin regeneration by three Specific Aims: 1. Define intra-‐‑ray
mesenchyme / distal niche lineage cell states, transitions, and fates, 2. Determine signaling and transcriptional
mechanisms maintaining niche state and function, and 3. Determine niche “countdown timer” mechanisms
using longfint2 zebrafish – which we show have a broken timer due to misexpression of the kcnh2a ion channel.
This insight suggests ion channels and Ca2+ signaling govern niche cell self-‐‑renewal. Our program will support
a potentially broadly applicable “transpositional scaling” concept with exemplary mechanisms for how organ
size and shape are determined by dynamic populations of tissue-‐‑resident niche cells. Our study will have
additional human health impacts since 1) understanding bone regeneration in zebrafish may inform
regenerative medicine approaches for human bone disease, and 2) kcnh2a is the zebrafish orthologue of kcnh2,
which is commonly mutated in long QT syndrome and encodes a protein that is a notorious therapeutic “off-‐‑
target”. Our paradigmatic and diverse technological innovations will open up new directions and inspire other
scientists, broadening our project’s impact on both fundamental research and regenerative medicine.
项目概要:
器官和其他复杂组织“知道”何时以及如何停止生长以达到正确的大小和
器官大小控制机制的破坏可能导致先天性畸形、器官不良。
稳态和组织修复,以及成年斑马鱼尾鳍,包括其复杂的骨骼和肿瘤。
其他组织,无论其性质或位置如何,都能完美地再生为其原始大小和形状
因此,斑马鱼鳍再生提供了一个引人注目的、遗传上易于处理的脊椎动物模型。
为了探究器官尺寸控制机制,目前流行的鳍尺寸再生模型推测:
鳍细胞维持着多种“位置特征”,以某种方式指示不同程度的生长。
我们提出了一个独特而直接的模型,它巧妙地解释了如何在不发生任何情况下恢复鳍的尺寸和形状。
调用分子编码的位置信息。
我们称之为“生态位”的鳍再生产生 Wnt 信号,通过维持
我们将腊肠犬转录因子鉴定为新的生态位标记,并表明该生态位
独特地由射线内间充质形成,填充在圆柱形内部,大小不同,
我们表明,生态位以及 Wnt 逐渐消散。
再生开始;一旦耗尽,生长就会停止,因此,再生的鳍大小取决于再生的数量。
损伤后形成——这只是一个生态位,取决于射线间质的可用性和
因此,这种“换位缩放”模型表明,宏观尺度的鳍尺寸。
形状是由间质——生态位状态转变和自恢复骨几何形状决定的,而不是由
我们将探索这个范式并揭示潜在的细胞和个体细胞的独特位置身份。
通过三个具体目标来确定鳍再生过程中尺寸控制的分子机制: 1. 定义内射线
间质/远端生态位谱系细胞状态、转变和命运,2. 确定信号传导和转录
维持利基状态和功能的机制,以及 3. 确定利基“倒计时器”机制
使用 longfint2 斑马鱼——我们发现由于 kcnh2a 离子通道的错误表达,它的计时器出现故障。
这一见解表明离子通道和 Ca2+ 信号传导控制微环境细胞的自我更新。我们的计划将支持这一点。
一个潜在广泛适用的“换位缩放”概念,具有器官如何发挥作用的示范机制
大小和形状由组织驻留细胞的动态群体决定。我们的研究将有
其他人类健康影响,因为 1) 了解斑马鱼的骨再生可能会提供信息
人类骨骼疾病的再生医学方法,2) kcnh2a 是 kcnh2 的斑马鱼直系同源物,
它通常在长 QT 综合征中发生突变,并编码一种臭名昭著的治疗“off---
我们的范式和多样化的技术创新将开辟新的方向并激励其他人。
科学家,扩大我们的项目对基础研究和再生医学的影响。
项目成果
期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}
{{
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 }}
KRYN STANKUNAS其他文献
KRYN STANKUNAS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('KRYN STANKUNAS', 18)}}的其他基金
Revisiting Polycomb Repression in Appendage Regeneration
重新审视附肢再生中的多梳抑制
- 批准号:
10742697 - 财政年份:2023
- 资助金额:
$ 41.45万 - 项目类别:
Ion signaling, cell transitions, and organ scaling during fin regeneration
鳍再生过程中的离子信号、细胞转变和器官缩放
- 批准号:
10639668 - 财政年份:2023
- 资助金额:
$ 41.45万 - 项目类别:
Transpositional scaling and niche transitions restore organ size and shape during zebrafish fin regeneration
斑马鱼鳍再生过程中,转位缩放和生态位转变可恢复器官大小和形状
- 批准号:
9895229 - 财政年份:2018
- 资助金额:
$ 41.45万 - 项目类别:
Chromatin Remodeling in Cardiovascular Development
心血管发育中的染色质重塑
- 批准号:
8310027 - 财政年份:2010
- 资助金额:
$ 41.45万 - 项目类别:
Chromatin Remodeling in Cardiovascular Development
心血管发育中的染色质重塑
- 批准号:
8101217 - 财政年份:2010
- 资助金额:
$ 41.45万 - 项目类别:
Chromatin Remodeling in Cardiovascular Development
心血管发育中的染色质重塑
- 批准号:
8007510 - 财政年份:2010
- 资助金额:
$ 41.45万 - 项目类别:
Chromatin Remodeling in Cardiovascular Development
心血管发育中的染色质重塑
- 批准号:
7531134 - 财政年份:2008
- 资助金额:
$ 41.45万 - 项目类别:
相似国自然基金
等位基因聚合网络模型的构建及其在叶片茸毛发育中的应用
- 批准号:32370714
- 批准年份:2023
- 资助金额:50 万元
- 项目类别:面上项目
基于人诱导多能干细胞技术研究突变等位基因特异性敲除治疗1型和2型长QT综合征
- 批准号:82300353
- 批准年份:2023
- 资助金额:30 万元
- 项目类别:青年科学基金项目
肠杆菌多粘菌素异质性耐药中phoPQ等位基因差异介导不同亚群共存的机制研究
- 批准号:82302575
- 批准年份:2023
- 资助金额:30 万元
- 项目类别:青年科学基金项目
ACR11A不同等位基因调控番茄低温胁迫的机理解析
- 批准号:32302535
- 批准年份:2023
- 资助金额:30 万元
- 项目类别:青年科学基金项目
玉米穗行数QTL克隆及优异等位基因型鉴定
- 批准号:
- 批准年份:2022
- 资助金额:55 万元
- 项目类别:面上项目
相似海外基金
The Role of VEGF in the Development of Low Back Pain Following IVD Injury
VEGF 在 IVD 损伤后腰痛发展中的作用
- 批准号:
10668079 - 财政年份:2023
- 资助金额:
$ 41.45万 - 项目类别:
p16INK4a+ fibroblasts regulate epithelial regeneration after injury in lung alveoli through the SASP
p16INK4a成纤维细胞通过SASP调节肺泡损伤后的上皮再生
- 批准号:
10643269 - 财政年份:2023
- 资助金额:
$ 41.45万 - 项目类别:
Optimization of CRISPR genome editor and its delivery strategy for C9orf72 frontotemporal dementia
C9orf72额颞叶痴呆的CRISPR基因组编辑器优化及其递送策略
- 批准号:
10746565 - 财政年份:2023
- 资助金额:
$ 41.45万 - 项目类别:
Olfactory Epithelium Responses to Human APOE Alleles
嗅觉上皮对人类 APOE 等位基因的反应
- 批准号:
10659303 - 财政年份:2023
- 资助金额:
$ 41.45万 - 项目类别:
Leveraging early-life microbes to prevent type 1 diabetes
利用生命早期微生物预防 1 型糖尿病
- 批准号:
10659611 - 财政年份:2023
- 资助金额:
$ 41.45万 - 项目类别: