Defining molecular and gene-regulatory dysregulation in Down Syndrome tissues and models

定义唐氏综合症组织和模型中的分子和基因调节失调

基本信息

项目摘要

PROJECT ABSTRACT Down syndrome (DS) is a neurodevelopmental disorder causing cognitive deficits including impaired learning and memory, and language development, affecting 1 in 750 newborns. DS is caused by triplication of chromosome 21 (T21), leading to altered gene dosage, and to changes in the proportion of brain cell types, and in neuronal morphology and maturation, suggesting a neurodevelopmental etiology. However, the underlying molecular mechanisms causing the observed neuropathology and functional deficits are still largely unknown. Progress has been hindered by the overall complexity of brain architecture, an incomplete knowledge of the cell types and molecular pathways dysregulated in DS during development, and limited human-relevant experimental models. Moreover, bulk transcriptome and epigenome profiling indicates that T21 not only alters gene dosage within the locus, but also leads to broad changes in gene expression and may lead to altered gene regulatory dynamics. Based on these data, we hypothesize that increased chr21 gene dosage alters global gene expression in neural progenitors, changing neural cell fate specification and differentiation. Here, we leverage novel genomic technologies including joint single-nucleus transcriptome (snRNAseq), single-nucleus chromatin accessibility (snATACseq) profiling, and single-cell joint chromatin interaction and methylation profiling (sc-m3C-seq), as well as primary human neural progenitors (phNPCs), a validated model of human corticogenesis, to test this hypothesis. We will first define cell-specific molecular and gene-regulatory dysregulation in DS by performing joint snRNAseq, snATACseq and sc-m3C-seq in a collection of control and DS developing neocortex, at a time period of peak neurogenesis. This comprehensive multi-omic profiling will uncover changes in cell composition and cell-specific gene expression signatures in DS neocortex as well as reveal perturbations in cellular lineage maps and specification. By integrating single-cell expression and epigenetic profiles we will define the proximal and distal gene regulatory elements, as well as the transcription factors driving DS disease mechanisms. Finally, we will leverage a unique collection of DS patient-derived and control phNPC lines to model disease in vitro in order to characterize neural progenitor proliferation and specification in DS, as well as changes in neuronal morphogenesis and synaptogenesis. We perform joint snRNAseq and snATACseq over a differentiation timeline that recapitulates embryonic to mid-gestation corticogenesis in order to interrogate cellular, molecular and gene regulatory dysregulation in DS and directly compare this model with in vivo DS mechanisms. Altogether, we present a comprehensive project providing an in-depth cell biological and molecular characterization of DS progression using in vivo tissues and a human-relevant model, and establishes this model for future mechanistic interrogation. The long-term goal of this research is to provide the foundational molecular knowledge that will ultimately contribute to the development of treatments for DS.
项目摘要 唐氏综合症 (DS) 是一种神经发育障碍,会导致认知缺陷,包括学习障碍 以及记忆和语言发展,影响着每 750 名新生儿中的 1 人。 DS 是由三倍引起的 21号染色体(T21),导致基因剂量改变,并导致脑细胞类型比例变化,以及 神经元形态和成熟,提示神经发育病因。然而,底层 导致观察到的神经病理学和功能缺陷的分子机制仍然很大程度上未知。 大脑结构的整体复杂性以及对细胞的不完整了解阻碍了进展 DS在发育过程中的类型和分子途径失调,以及有限的人类相关实验 模型。此外,大量转录组和表观基因组分析表明 T21 不仅改变基因剂量 在位点内,但也会导致基因表达的广泛变化,并可能导致基因调控的改变 动力学。基于这些数据,我们假设增加 chr21 基因剂量会改变整体基因表达 在神经祖细胞中,改变神经细胞的命运规范和分化。在这里,我们利用新颖的基因组 技术包括联合单核转录组 (snRNAseq)、单核染色质可及性 (snATACseq) 分析,以及单细胞联合染色质相互作用和甲基化分析 (sc-m3C-seq) 作为人类初级神经祖细胞(phNPC),一种经过验证的人类皮质生成模型,来测试这一点 假设。我们将首先通过执行以下操作来定义 DS 中细胞特异性分子和基因调节失调 将 snRNAseq、snATACseq 和 sc-m3C-seq 联合到一组对照和 DS 发育新皮质中,一次 神经发生高峰期。这种全面的多组学分析将揭示细胞组成的变化 DS 新皮质中的细胞特异性基因表达特征以及揭示细胞谱系的扰动 地图和规格。通过整合单细胞表达和表观遗传图谱,我们将定义近端 和远端基因调控元件,以及驱动 DS 疾病机制的转录因子。最后, 我们将利用一系列独特的 DS 患者来源和对照 phNPC 系来建立体外疾病模型 为了表征 DS 中神经祖细胞的增殖和规范,以及神经元的变化 形态发生和突触发生。我们在分化时间线上联合执行 snRNAseq 和 snATACseq 重现胚胎至妊娠中期的皮质发生,以探究细胞、分子和基因 DS 的调节失调,并直接将该模型与体内 DS 机制进行比较。总而言之,我们 提出一个综合项目,提供 DS 的深入细胞生物学和分子表征 使用体内组织和人类相关模型进行进展,并为未来的机制建立该模型 审讯。这项研究的长期目标是提供基础分子知识, 最终为 DS 治疗方法的开发做出贡献。

项目成果

期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Luis de la Torre-Ubieta其他文献

Luis de la Torre-Ubieta的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Luis de la Torre-Ubieta', 18)}}的其他基金

Defining molecular and gene-regulatory dysregulation in Down Syndrome tissues and models
定义唐氏综合症组织和模型中的分子和基因调节失调
  • 批准号:
    10433667
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 23.46万
  • 项目类别:
Defining gene regulatory networks driving cortical evolution and brain development
定义驱动皮质进化和大脑发育的基因调控网络
  • 批准号:
    10616776
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 23.46万
  • 项目类别:
Defining gene regulatory networks driving cortical evolution and brain development
定义驱动皮质进化和大脑发育的基因调控网络
  • 批准号:
    10440238
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 23.46万
  • 项目类别:
Defining gene regulatory networks driving cortical evolution and brain development
定义驱动皮质进化和大脑发育的基因调控网络
  • 批准号:
    10039955
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 23.46万
  • 项目类别:

相似国自然基金

年龄相关性黄斑变性治疗中双靶向药物递释策略及其机制研究
  • 批准号:
    82301217
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
GNAS介导OPN4-PLCβ4-TRPC6/7通路调节自主感光视网膜神经节细胞在年龄相关性黄斑变性中的作用机制研究
  • 批准号:
    82301229
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
无线供能边缘网络中基于信息年龄的能量与数据协同调度算法研究
  • 批准号:
    62372118
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    50 万元
  • 项目类别:
    面上项目
跨尺度年龄自适应儿童头部模型构建与弥漫性轴索损伤行为及表征研究
  • 批准号:
    52375281
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    50 万元
  • 项目类别:
    面上项目
多氯联苯与机体交互作用对生物学年龄的影响及在衰老中的作用机制
  • 批准号:
    82373667
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    49 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似海外基金

The Role of Chromosome Y in Human Microglia and Neurodevelopment
Y 染色体在人类小胶质细胞和神经发育中的作用
  • 批准号:
    10680304
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 23.46万
  • 项目类别:
Characterizing the prevalence and nature of facial recognition deficits in non-proliferative diabetic retinopathy
描述非增殖性糖尿病视网膜病变中面部识别缺陷的患病率和性质
  • 批准号:
    10667781
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 23.46万
  • 项目类别:
Genetic Studies of Alzheimer's Disease in Jewish and Arab Populations
犹太人和阿拉伯人群阿尔茨海默病的遗传学研究
  • 批准号:
    10639024
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 23.46万
  • 项目类别:
Bilingual and cross-cultural investigation of developmental dyslexia
发展性阅读障碍的双语和跨文化调查
  • 批准号:
    10638548
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 23.46万
  • 项目类别:
Using cellular co-biosis and age programmable mice to derive a global interaction map of aging hallmarks
使用细胞共生和年龄可编程小鼠来得出衰老标志的全局相互作用图
  • 批准号:
    10721454
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 23.46万
  • 项目类别:
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了