Modular Platform for Combinatorial Epigenome Manipulation

用于组合表观基因组操作的模块化平台

基本信息

  • 批准号:
    10592628
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 73.47万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2018
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2018-01-01 至 2023-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Epigenetic modifications of histone and DNA control gene expression and critically shape phenotypes and cell states. These modifications are tightly controlled by interactions with a constellation of trans-acting regulatory factors, and are dysregulated in a plethora of diseases. Next-generation sequencing (NGS) technologies have allowed genome-wide profiling of these modifications in diverse cell types, normal and disease conditions as well as across individuals. However, these strategies have yielded mostly associative and/or correlative insight into relationships between epigenetic state, gene expression and phenotype with limited power to establish the causality of individual epigenetic modifications that is fundamental to understanding normal physiology and diseases. Existing techniques to investigate phenotypic consequences of epigenetic gene regulation irreversibly delete stretches of genomic sequence that can have multiple functions, or perturb protein factors that control thousands of genes, confounding accurate conclusion. A scalable toolbox allowing in situ and in vivo combinatorial modifications of epigenetic states would offer unprecedented opportunities for both mechanistic studies and unbiased discovery of novel functional elements at the genomic scale. This project will respond to this need by developing an expandable molecular toolkit to precisely and reversibly manipulate defined epigenetic modifications (e.g., H3K27ac) at defined genomic addresses based on our innovative CRISPR/Casilio platform. There are three Specific Aims in this project. Aim 1 is focused on the development of a comprehensive set of epigenetic editing modules with which Casilio can achieve multiplexed and combinatorial edits, whereby different epigenetic modifications can be elicited simultaneously at distinct genomic loci while multiple modifications can also be induced in each locus. Aim 2 will deliver Casilio-enabled cell lines with which scientists can achieve epigenome editing with unprecedented ease by delivering short RNA guides. Aim 3 will center on the development of genome-wide guide libraries targeting genomic regulatory elements such as enhancers and insulators with which scientists can perform reverse epigenetic screens to discover novel elements and epigenetic modifications causative to phenotype. This toolkit, once developed, will transform the ways we study epigenetics by providing a fine and scalable technique to directly edit epigenetic states at defined targets, to investigate the underlying causes of gene regulatory changes observed in biological processes and diseases. To truly benefit the field of functional genomics, we will share our methodology and reagents at every stage of platform development with the scientific community. Through the establishment of standards and a module registry as well as reagent sharing via an open repository, we hope to create a sustainable ecosystem of Casilio module users and developers to apply and expand the Casilio toolbox for epigenetic editing. Due to the programmability and precision, epigenetic editing enabled by Casilio may provide new means and tools for powering personalized and precision medicine.
组蛋白和 DNA 的表观遗传修饰控制基因表达并关键地塑造表型和细胞 州。这些修改是通过与一系列反式作用监管的相互作用来严格控制的。 因素,并且在多种疾病中失调。新一代测序(NGS)技术已 允许对不同细胞类型、正常和疾病条件下的这些修饰进行全基因组分析 以及跨个体。然而,这些策略产生的大部分是关联和/或相关的见解 研究表观遗传状态、基因表达和表型之间的关系,但建立的能力有限 个体表观遗传修饰的因果关系对于理解正常生理学和 疾病。研究表观遗传基因调控表型后果的现有技术 不可逆地删除具有多种功能的基因组序列片段,或扰乱蛋白质因子 控制着数千个基因,混淆了准确的结论。一个可扩展的工具箱,允许在原位和在 表观遗传状态的体内组合修饰将为两者提供前所未有的机会 在基因组规模上进行机制研究和公正地发现新的功能元件。该项目将 通过开发可扩展的分子工具包来精确和可逆地操纵来满足这一需求 基于我们的创新,在定义的基因组地址定义表观遗传修饰(例如,H3K27ac) CRISPR/Casilio 平台。该项目有三个具体目标。目标 1 的重点是发展 一套全面的表观遗传编辑模块,卡西里奥可以用它实现多重和 组合编辑,可以在不同的位置同时引发不同的表观遗传修饰 基因组基因座,同时每个基因座也可以诱导多种修饰。 Aim 2 将提供支持 Casilio 的 科学家们可以通过提供短的细胞系以前所未有的轻松方式实现表观基因组编辑 RNA 指南。目标 3 将集中于开发针对基因组的全基因组指导库 调节元件,例如增强子和绝缘子,科学家可以利用它们进行反向表观遗传 筛选以发现导致表型的新元素和表观遗传修饰。这个工具包,一次 开发的,将通过提供精细且可扩展的技术来直接改变我们研究表观遗传学的方式 在定义的目标处编辑表观遗传状态,以研究基因调控变化的根本原因 在生物过程和疾病中观察到。为了真正造福功能基因组学领域,我们将分享 我们与科学界在平台开发的每个阶段的方法和试剂。通过 建立标准和模块注册表以及通过开放存储库共享试剂,我们 希望创建一个由Casilio模块用户和开发者组成的可持续生态系统来应用和扩展 用于表观遗传编辑的 Casilio 工具箱。由于可编程性和精确性,表观遗传编辑通过 卡西利奥可能会提供新的手段和工具来推动个性化和精准医疗。

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)
JACKIE: Fast Enumeration of Genome-Wide Single- and Multicopy CRISPR Target Sites and Their Off-Target Numbers.
JACKIE:全基因组单拷贝和多拷贝 CRISPR 靶位点及其脱靶数量的快速计数。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2022-08
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Zhu, Jacqueline Jufen;Cheng, Albert Wu
  • 通讯作者:
    Cheng, Albert Wu
Split selectable markers.
拆分可选择标记。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
  • 影响因子:
    16.6
  • 作者:
    Jillette, Nathaniel;Du, Menghan;Zhu, Jacqueline Jufen;Cardoz, Peter;Cheng, Albert Wu
  • 通讯作者:
    Cheng, Albert Wu
Simultaneous multifunctional transcriptome engineering by CRISPR RNA scaffold.
通过 CRISPR RNA 支架进行同步多功能转录组工程。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2023-08-11
  • 期刊:
  • 影响因子:
    14.9
  • 作者:
    Liu, Zukai;Jillette, Nathaniel;Robson, Paul;Cheng, Albert Wu
  • 通讯作者:
    Cheng, Albert Wu
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