Modeling uniquely human developmental gene regulatory networks using humanized mice

使用人源化小鼠模拟独特的人类发育基因调控网络

基本信息

  • 批准号:
    10579859
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 56.81万
  • 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:
    2020-06-10 至 2025-02-28
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Physical adaptation is a hallmark of human evolution. Morphological changes in our limbs allowed us to make and use sophisticated tools and to walk upright, and the expansion of the human cortex is the origin of our advanced cognitive abilities. These traits are ultimately encoded in genetic changes that arose during human evolution, and which acted to alter molecular and cellular processes during development. The goal of this ongoing research project, which began in 2010, is to determine where in the genome those changes reside and to understand their biological functions. Our efforts focus on two classes of gene regulatory elements that may encode novel functions in humans. The first are Human Accelerated Regions (HARs), many of which encode transcriptional enhancers that are highly conserved across species but show multiple human-specific sequence changes. The second class of elements are Human Gain Enhancers (HGEs), which are transcriptional enhancers that show increased activity in developing human tissues based on comparisons of epigenetic marks associated with enhancer activity in human, rhesus macaque and mouse. These discoveries reveal that changes in developmental gene regulation played a central role in the evolution of uniquely human morphology and provide the means to experimentally model the evolution of human development. In this funding cycle, we will use humanized mouse models to study the biological function of HACNS1, which we identified as the first known HAR to encode human-specific regulatory activity. HACNS1 maintains its human-specific activity in the developing mouse limb and alters the expression of the nearby transcription factor Gbx2 in the developing embryo. We hypothesize that HACNS1 is acting within a larger network of human-specific regulatory changes that modified development. Using the HACNS1 mouse model and our maps of human-specific regulatory functions in the limb as entry points, we will identify transcriptional and regulatory changes downstream of HACNS1 at single-cell resolution, model additional human-specific regulatory functions that may interact with the regulatory changes driven by HACNS1, and determine how these changes influence the development of the limb.
身体适应是人类进化的标志。四肢的形态变化使我们能够 并使用复杂的工具并直立行走,而人类皮质的扩展是我们的起源 高级认知能力。这些特征最终在人类期间出现的遗传变化中编码 进化,并在发育过程中改变了分子和细胞过程。目标的目标 始于2010年的正在进行的研究项目是确定基因组中的这些变化位于哪里,并且 了解他们的生物学功能。我们的努力专注于两类基因调节元素,可能 编码人类中的新功能。第一个是人类加速区(HAR),其中许多编码 转录增强子在物种之间高度保守但显示多个人类特异性序列 更改。第二类元素是人力增强器(HGES),它们是转录的 根据表观遗传标记的比较,增强剂显示出增强的人体组织活性 与人类,恒河猴和小鼠的增强剂活性相关。这些发现揭示了变化 在发育中的基因调节在独特的人类形态的进化中起着核心作用 提供实验建模人类发展的进化的手段。在这个资金周期中,我们将 使用人源化的小鼠模型研究HACNS1的生物学功能,我们将其确定为第一个 已知用于编码人类特异性调节活动的HAR。 HACNS1保持其人类特异性活动 发育中的小鼠肢体并改变了附近转录因子GBX2在 开发胚胎。我们假设HACNS1在更大的人类特异性网络中起作用 改变发展的监管变化。使用HACNS1鼠标模型和我们的地图 肢体中人类特异性的调节功能作为入口点,我们将确定转录和 HACNS1下游的调节变化在单细胞分辨率下,建模其他人类特异性 可能与HACNS1驱动的监管变化相互作用的调节功能,并确定 这些变化如何影响肢体的发展。

项目成果

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