Elucidating the FOXF1 gene regulatory network in human alveologenesis
阐明人类肺泡发生中的 FOXF1 基因调控网络
基本信息
- 批准号:10558865
- 负责人:
- 金额:$ 66.04万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2023
- 资助国家:美国
- 起止时间:2023-02-15 至 2028-01-31
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:3-DimensionalATAC-seqAffectAlveolarAlveolar capillary dysplasia with misalignment of pulmonary veinsBenchmarkingBlood VesselsBlood capillariesCell CommunicationCell NucleusCellsCoculture TechniquesDataData SetDeletion MutationDevelopmentDiseaseDistalEndodermEndothelial CellsEndotheliumEpithelial CellsEpitheliumEtiologyEventFOXF1 geneGene ExpressionGene Expression RegulationGenesGoalsHeterozygoteHomeostasisHumanIn VitroInjuryLeadLigandsLungMapsMediatingMesodermModelingMolecularMusMutationOrganoidsPTEN genePTK2 genePathway interactionsPatientsPatternPerfusionPhasePlayPoint MutationPopulationRNARegulationRoleSamplingSignal PathwaySignal TransductionSiteStructure of parenchyma of lungSystemTGFB2 geneTGFBR2 geneTestingTransforming Growth Factor Beta 2Transforming Growth Factor betaVariantVascularizationcell typedevelopmental diseaseendothelial stem cellforkhead proteingene networkgene regulatory networkgenetic signaturegenomic locusimprovedinduced pluripotent stem cellinjuredinsightlung developmentmutantmutant mouse modelnew therapeutic targetnovelpostnatalpostnatal humanprenatalpreventprogenitorpublic health relevancereceptorreceptor bindingrepairedsingle nucleus RNA-sequencingtranscription factortranscriptomics
项目摘要
PROJECT SUMMARY
The overarching goal of the proposed study is to uncover the molecular mechanism underlying FOXF1-mediated
temporal and spatial coordination of multiple alveolar endothelial and epithelial cell subtypes. FOXF1 (Forkhead
Box F1) is a transcription factor that plays a pivotal role in lung vascular development, homeostasis, and repair
after injury. Heterozygous deletions or point mutations in FOXF1 are associated with alveolar-capillary dysplasia
with misalignment of pulmonary veins (ACD/MPV), a lethal lung developmental disorder with no cure. Although
the Foxf1 mutant mouse model has been created to study ACD, there are certain variations in gene signatures
of EC subtypes and developmental timing of the alveolarization in mouse vs. human, limiting its application in
understanding ACD human etiology. Thus, it remains unclear how FOXF1 regulates downstream gene networks
to drive the formation of alveolar endothelial cell (EC) subtypes and maintain normal EC-epithelial cell (EpiC)
crosstalk during alveologenesis in human. Our preliminary studies showed that FOXF1 mutations lead to distinct
cell population and transcriptomic changes in two newly identified alveolar EC subtypes- aerocyte (aCap) and
general capillary (gCap), based on single nuclei RNA-sequencing in control and ACD human lung tissues. More
interestingly, although FOXF1 does not express in epithelial lineage, alveolar type 1 (AT1) EpiC population was
significantly reduced, and damage-associated transient epithelial progenitors (DATPs) were increased in FOXF1
mutant human lung. Ligand-receptor binding analysis revealed disrupted TGFβ signaling in aCap (TGFB2)-AT1
(TGFBR2/3) interaction. Therefore, we hypothesized that FOXF1 regulates distinct pathways in aCap and gCap
cells, and FOXF1-dependent TGFβ2 secretion by aCap is critical in maintaining AT1 identity and function. We
propose to test this hypothesis with the following specific aims: Aim 1: Determine the role of FOXF1 in regulating
differentiation and function of alveolar EC subtypes. Aim 2: Determine the impact of aCap cells on maintaining
AT1 identity and function. Aim 3: Uncover FOXF1 mediated early lung development using iPSC derived organoid
systems. For Aim 3, we established 3D vascularized alveolar organoid models from control and ACD induced
pluripotent stem cells (iPSCs), to study FOXF1 gene regulation and dynamic EC-EpiC interactions across
multiple lung developmental stages. Completion of the three aims will provide granular mechanistic insights into
the spatial and temporal patterning of intercellular signaling pathways driven by FOXF1 in human lung
alveologenesis, and provide new therapeutic targets to re-establish normal alveolar-capillary interface in various
lung developmental disorders.
项目概要
拟议研究的总体目标是揭示 FOXF1 介导的分子机制
多种肺泡内皮和上皮细胞亚型的时间和空间协调。
Box F1) 是一种转录因子,在肺血管发育、稳态和修复中发挥关键作用
FOXF1 杂合缺失或点突变与肺泡毛细血管发育不良有关。
肺静脉错位 (ACD/MPV),这是一种无法治愈的致命性肺部发育障碍。
Foxf1突变小鼠模型是为了研究ACD而创建的,基因特征存在一定的变异
小鼠与人类的 EC 亚型和肺泡化的发育时间的差异,限制了其在
因此,FOXF1 如何调节下游基因网络仍不清楚。
驱动肺泡内皮细胞 (EC) 亚型的形成并维持正常的 EC 上皮细胞 (EpiC)
我们的初步研究表明,FOXF1 突变会导致不同的人类肺泡生成过程中的串扰。
两种新发现的肺泡 EC 亚型——有氧细胞 (aCap) 和
普通毛细血管 (gCap),基于对照和 ACD 人肺组织中的单核 RNA 测序。
有趣的是,虽然 FOXF1 在上皮谱系中不表达,但肺泡 1 型 (AT1) EpiC 群体
FOXF1 中损伤相关的瞬时上皮祖细胞 (DATP) 减少,而损伤相关的显着瞬时上皮祖细胞 (DATP) 增加
突变的人肺配体-受体结合分析显示 aCap (TGFB2)-AT1 中的 TGFβ 信号传导被破坏。
(TGFBR2/3) 相互作用因此,我们阻碍了 FOXF1 调节 aCap 和 gCap 中的不同途径。
细胞中,aCap 分泌的 FOXF1 依赖性 TGFβ2 对于维持 AT1 的身份和功能至关重要。
建议通过以下具体目标来检验这一假设: 目标 1:确定 FOXF1 在调节中的作用
目标 2:确定 aCap 细胞对肺泡 EC 亚型的分化和功能的影响。
AT1 的身份和功能:使用 iPSC 衍生的类器官揭示 FOXF1 介导的早期肺发育。
对于目标 3,我们根据对照和 ACD 诱导建立了 3D 血管化肺泡类器官模型。
多能干细胞 (iPSC),用于研究 FOXF1 基因调控和动态 EC-EpiC 相互作用
多个肺部发育阶段的完成将为我们提供详细的机制见解。
人肺中 FOXF1 驱动的细胞间信号通路的时空模式
肺泡发生,并提供新的治疗靶点,以在各种情况下重建正常的肺泡-毛细血管界面
肺部发育障碍。
项目成果
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