Unraveling the molecular pathology of retinal degeneration through single cell genomics

通过单细胞基因组学揭示视网膜变性的分子病理学

基本信息

  • 批准号:
    10624311
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 68.66万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2021-06-01 至 2026-05-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Abstract: The overarching goal of this proposal is to understand the molecular pathology of inherited retinal degeneration (IRD) by (a) generating maps of human retinal cell type-specific regulatory elements, (b) utilizing these maps to identify non-coding IRD causative mutations within retinal regulatory elements, and (c) gaining insight into the molecular underpinnings of pathological non-coding IRD mutations using cellular and animal models. IRDs are the most common cause of irreversible blindness in young individuals affecting 1 in 3000 individuals. Mutations in coding and splice site sequences in known IRD associated genes contribute to about 60%-65% of cases while the remaining 40%-35% of cases are currently unresolved. Mutations in non-coding or regulatory sequences are suggested to be responsible for a large proportion of these unresolved cases. Although the ENCODE and Roadmap Epigenomics projects have generated detailed maps of regulatory elements for the majority of body tissues, retina is left out. Lack of these maps is a major limitation in identifying IRD causative mutations involving regulatory sequences in retinal cells. We have analyzed the whole genome sequence (WGS) of 125 pedigrees with IRD; of these, 49 remain unresolved with no candidate causative nucleotide changes or structural variants (SVs) in coding or splice site sequences. This leads us to hypothesize the involvement of non-coding variants in pathology. We also have access to more than 391 additional IRD pedigrees that remained unresolved after WGS analysis. In this application we propose to test the hypothesis that non-coding sequence changes are involved in IRD pathology for the majority of these unresolved pedigrees. We will conduct the following studies: Aim 1, establish human retinal cell type specific maps of regulatory elements using innovative single cell genomics methodologies we developed, Aim 2, rank prioritize candidate causative variants using the retinal cell type-specific regulatory element maps and WGS of unresolved pedigrees, Aim 3, validate the impact of high ranking non-coding candidate disease causing variants in the context of the genome architecture of retinal cell types by developing patient iPSC-derived retinal cell models and mouse models. These studies will result in the establishment of retinal cell type-specific high-resolution multi-omic maps and will potentially identify, for the first time, non-coding variants involved in the pathology of IRD. The outcomes of these studies will (1) significantly enhance our understanding of the architecture of retinal cell type-specific regulatory networks, (2) reveal the molecular pathology underlying IRD, (3) establish a highly valuable, publicly-available data set of cis-regulatory elements relevant to retinal degenerative diseases as a resource for retinal disease research, (4) improve mutation detection in patients, and (5) facilitate discovery and development of novel therapies for IRD. We have assembled a multidisciplinary team of outstanding investigators with expertise in epigenetics (Ren), genome sciences (Frazer) and IRD genetics and disease modeling (Ayyagari) who are well positioned to complete this ambitious project.
抽象的: 该提案的总体目标是了解遗传性视网膜变性的分子病理 (IRD)通过(a)生成人类视网膜细胞类型特异性调节元件的地图,(b)利用这些地图 确定视网膜调节元件内的非编码IRD因果突变,并(c)洞悉 使用细胞和动物模型的病理非编码IRD突变的分子基础。 IRD是 在影响3000个人中有1个人的年轻人中,不可逆转的失明的最常见原因。突变 在已知IRD相关基因的编码和剪接位点序列中,约有60%-65% 剩下的40%-35%的病例目前尚未解决。非编码或调节的突变 建议序列负责这些未解决的病例中的很大一部分。虽然 编码图和路线图表观基因组学项目已为该监管元素生成了详细的监管元素地图 大多数人体组织,视网膜被排除在外。缺乏这些地图是识别IRD因果关系的主要限制 涉及视网膜细胞中调节序列的突变。我们已经分析了整个基因组序列 带有IRD的125个血统的(WGS);其中,有49个未解决,没有候选核苷酸 编码或剪接位点序列中的更改或结构变体(SV)。这使我们假设 非编码变体参与病理学。我们还可以访问超过391个额外的IRD WGS分析后仍无法解决的血统。在此应用程序中,我们建议测试 假设非编码序列变化涉及其中大多数的IRD病理学 未解决的血统。我们将进行以下研究:AIM 1,建立人类视网膜细胞类型特异性 使用创新的单细胞基因组学方法学,AIM 2,等级的调节元素地图 使用视网膜细胞类型特异性调节元件图和WGS优先考虑候选病因变体 尚未解决的血统,AIM 3,验证了高级非编码候选疾病的影响 通过开发患者IPSC衍生的视网膜细胞类型基因组结构的上下文中的变体 视网膜细胞模型和小鼠模型。这些研究将导致建立视网膜细胞类型特异性 高分辨率的多摩变图,并有可能首次识别参与的非编码变体 IRD的病理。这些研究的结果将(1)显着增强我们对 视网膜细胞类型特异性调节网络的结构(2)揭示了IRD的分子病理学, (3)建立与视网膜相关的顺式调节元素的高价,公共可用的数据集 退化性疾病作为视网膜疾病研究的资源,(4)改善患者的突变检测, (5)促进IRD新颖疗法的发现和开发。我们已经组装了一个多学科 具有表观遗传学专业知识(REN),基因组科学(Frazer)和IRD专业知识的杰出研究人员团队 遗传学和疾病建模(Ayyagari),他们在完成这个雄心勃勃的项目方面处于良好状态。

项目成果

期刊论文数量(3)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Single cell RNA sequencing confirms retinal microglia activation associated with early onset retinal degeneration.
  • DOI:
    10.1038/s41598-022-19351-w
  • 发表时间:
    2022-09-10
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Kumari, Asha;Ayala-Ramirez, Raul;Zenteno, Juan Carlos;Huffman, Kristyn;Sasik, Roman;Ayyagari, Radha;Borooah, Shyamanga
  • 通讯作者:
    Borooah, Shyamanga
Role of H3K4 monomethylation in gene regulation.
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