Elucidation of cellular reprogramming processes that drive lens regeneration in axolotl as a basis for future therapeutic approaches

阐明驱动蝾螈晶状体再生的细胞重编程过程,作为未来治疗方法的基础

基本信息

  • 批准号:
    10738453
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 24.81万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2019-05-01 至 2025-12-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Salamanders, like newts and axolotls, can regenerate ocular tissues when injured. This is possible due to the ability of their pigmented epithelial cells to reprogram to retina and lens. The goal of this research is to unravel the reprogramming mechanism and leverage it for regenerative medicine applications. The main focus of the study is the ability of iris pigmented epithelial (IPE) cells to get activated, proliferate, reprogram, and ultimately regenerate the lens upon its complete removal. In newts, this process is restricted to IPE cells residing in the dorsal iris while ventral IPE cells are thought to not participate at the cellular level. In contrast, juvenile axolotls cannot regenerate their lens. These regenerative discrepancies enable the use of experimental paradigms that could provide important insights into the molecular mechanism of IPE reprogramming. In Specific Aim 1, a combination of comparative transcriptomics, flow cytometry sorting and lineage tracing will be used to identify and characterize IPE subpopulations capable of triggering a regenerative response. These approaches will also be paired with a novel transgenic newt capable of tracking changes in eye transcriptional factor dynamics during reprogramming. This will allow us to better understand the association between molecular and cellular changes during regeneration. In Specific Aim 2, functional characterization of lens regeneration will be performed. To successfully accomplish that, the avian RCAS/TVA system will be implemented to provide spatial and temporal control of target gene expression in the pigmented epithelium. The avian TVA receptor will be ubiquitously expressed in eye tissues, in dorsal IPE cells, or in ventral IPE cells making them susceptible to the RCAS retrovirus. Using this system, the effects of genes and pathways will be tested for their ability to induce regeneration from the ventral, or inhibit regeneration from the dorsal IPE cells, respectively. This approach provides a functional readout by performing necessity and sufficiency experiments. In Specific Aim 3, the relationship between aging, DNA damage, and regeneration potential will be explored. Newts can regenerate their lens from IPE cells throughout life and the ability appears unaffected by aging and repeated injury. First, a repeated injury model will be developed and coupled with molecular hallmarks of aging and DNA damage. Then, pharmacological and genetic methods will be used to study the effects of elevated genotoxic stress on the ability of the pigmented epithelium to reprogram to eye tissues.
蝾螈和蝾螈和蝾螈一样,受伤时可以再生眼组织。这是可能的,因为 他们的色素上皮细胞重新编程视网膜和晶状体的能力。这项研究的目标是 解开重编程机制并将其用于再生医学应用。主要 研究的重点是虹膜色素上皮(IPE)细胞被激活、增殖、 重新编程,并最终在完全移除晶状体后重新生成晶状体。在蝾螈中,这个过程是 仅限于位于虹膜背侧的 IPE 细胞,而腹侧 IPE 细胞被认为不参与 细胞水平。相比之下,幼年蝾螈的晶状体无法再生。这些再生差异 能够使用实验范式,为分子生物学提供重要的见解 IPE重编程机制。在具体目标 1 中,结合了比较转录组学、流程 细胞计数分选和谱系追踪将用于识别和表征具有能力的 IPE 亚群 触发再生反应。这些方法还将与新型转基因蝾螈相结合 能够跟踪重编程过程中眼睛转录因子动态的变化。这将使我们 更好地了解再生过程中分子和细胞变化之间的关联。在 具体目标 2,将进行晶状体再生的功能表征。才能成功 为了实现这一目标,将实施鸟类 RCAS/TVA 系统以提供空间和时间控制 色素上皮中靶基因表达的影响。禽类 TVA 受体将无处不在 在眼组织、背侧 IPE 细胞或腹侧 IPE 细胞中表达,使其易受 RCAS 影响 逆转录病毒。使用该系统,将测试基因和途径的影响,以确定其诱导的能力 分别从腹侧再生,或抑制背侧 IPE 细胞再生。这种做法 通过执行必要性和充分性实验提供功能读数。在具体目标 3 中, 将探讨衰老、DNA 损伤和再生潜力之间的关系。蝾螈可以 在整个生命周期中,IPE 细胞可以再生晶状体,并且这种能力似乎不受衰老和衰老的影响。 反复受伤。首先,将开发重复损伤模型,并将其与以下分子特征相结合: 衰老和DNA损伤。然后,将使用药理学和遗传学方法来研究 对色素上皮重新编程为眼组织的能力的遗传毒性应激升高。

项目成果

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