Functional Analysis of Variants Underlying T Cell Defects

T 细胞缺陷变异的功能分析

基本信息

  • 批准号:
    10256631
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 51.8万
  • 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:
    2020-09-08 至 2025-08-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

The overall aim of this Program Project is to integrate the expertise of its members in a comprehensive effort to exploit bioinformatic and genomic advances to enable not only identification of disease-causing variants discovered through population-based newborn screening for severe combined immunodeficiency (SCID), but also to develop genome editing as a personalized approach to treatment. Whole exome sequencing (WES) and whole genome sequencing (WGS) identify multiple candidate variants (Project 1; Cores B and C) that must then be screened to identify the pathogenic variant(s) responsible for T cell insufficiency. After Project 2 employs CRISPR-based screening in normal human hematopoietic progenitor cells to identify genes that are important for T cell development, Project 3 will integrate all of the findings from the program into a unifying model of human T cell development. Investigators Brenner, Puck, and Wiest have already collaborated to integrate bioinformatic variant calling with functional validation in zebrafish and human hematopoietic cells to identify BCL11B as a novel SCID gene and investigate its mode of action (Punwani et al, NEJM, 2016). This approach will be amplified to perform high-throughput analysis of hundreds of variants. Project 3 Aim 1 will establish a molecular map of human T cell development by characterizing the differentiation of primary human hematopoietic stem and progenitor cells (HSPC) in vitro using single-cell RNASeq. The molecular map will then be enriched by using loss-of-function analysis to assess the role in T cell development of known SCID genes and additional, novel genes determined by Project 2 to play an essential role in human T cell development. We will do so using Perturb-seq, a novel method that links loss-of-function of individual genes to single cell expression signatures at sequential stages of differentiation. This approach provides not only a precise definition of the developmental stage of arrest based on the expression signature, but also insight into the mechanism of arrest in a manner that transcends the limited resolution afforded by flow cytometry analysis of the heterogeneous hematopoietic intermediates (Adamson et al, Cell, 2016). Indeed, Perturb-seq will enable us to establish groups of genes that are co-expressed during T cell development, and to test the epistatic relationships between these genes at each developmental stage. In Aim 2, we will perform functional analysis on candidate disease-causing coding variants using both the zebrafish and human HSPC models. We will employ the zebrafish embryo model to determine if a particular coding variant actually damages the function of a gene product sufficiently to block T cell development in vivo, and whether other organs are also affected. In addition, we will perform in depth mechanistic analysis on the 3-4 highest priority variants, as insight gained from this analysis will help to inform the variant nomination process in Project 1. Collectively, these efforts will markedly advance our understanding of human T cell development, which will drive optimization of the discovery, mechanistic understanding and treatment of human SCID and related diseases.
该计划项目的总体目标是整合其成员的专业知识,全面努力 利用生物信息学和基因组学的进步不仅能够识别致病变异 通过基于人群的新生儿严重联合免疫缺陷 (SCID) 筛查发现,但是 还开发基因组编辑作为个性化的治疗方法。全外显子组测序 (WES) 和 全基因组测序 (WGS) 识别出多个候选变异(项目 1;核心 B 和 C),这些变异必须 然后进行筛选以确定导致 T 细胞不足的致病变异。项目2采用后 基于 CRISPR 的正常人类造血祖细胞筛选,以确定重要基因 对于 T 细胞开发,项目 3 将将该项目的所有发现整合到一个统一的人类模型中。 T 细胞发育。研究人员 Brenner、Puck 和 Wiest 已经合作整合生物信息学 在斑马鱼和人类造血细胞中进行变异调用和功能验证,将 BCL11B 识别为 新型 SCID 基因并研究其作用模式(Punwani 等人,NEJM,2016)。这种方法将 扩增以对数百种变体进行高通量分析。项目 3 目标 1 将建立一个分子 通过表征初级人类造血干的分化绘制人类 T 细胞发育图 使用单细胞 RNASeq 进行体外祖细胞 (HSPC) 分析。然后将通过使用丰富分子图谱 功能丧失分析,以评估已知 SCID 基因和其他新基因在 T 细胞发育中的作用 项目 2 确定的基因在人类 T 细胞发育中发挥重要作用。我们将使用 Perturb-seq,一种将单个基因功能丧失与单细胞表达特征联系起来的新方法 分化的连续阶段。这种方法不仅提供了发展的精确定义 基于表达签名的逮捕阶段,还可以通过以下方式洞察逮捕机制: 超越了异质造血细胞流式细胞术分析所提供的有限分辨率 中间体(Adamson 等人,Cell,2016)。事实上,Perturb-seq 将使我们能够建立基因组, 在 T 细胞发育过程中共表达,并在每个阶段测试这些基因之间的上位关系 发育阶段。在目标 2 中,我们将对候选致病编码变体进行功能分析 使用斑马鱼和人类 HSPC 模型。我们将利用斑马鱼胚胎模型来确定是否 特定的编码变体实际上会损害基因产物的功能,足以阻断 T 细胞 体内的发育,以及其他器官是否也受到影响。此外,我们还将进行深入的机制 对 3-4 个最高优先级变体进行分析,因为从该分析中获得的见解将有助于为变体提供信息 项目 1 的提名过程。总的来说,这些努力将显着增进我们对人类的理解 T 细胞开发,这将推动 T 细胞的发现、机制理解和治疗的优化 人类 SCID 和相关疾病。

项目成果

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