人角质形成细胞分化中染色质高级结构图谱及其调控机制研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31872813
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0601.遗传物质结构与功能
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Dramatic changes of higher-order chromatin architecture occur in epidermal keratinocytes (KCs) differentiation, accompanied by transcriptional silencing and nuclear condensation until its complete disappearance. The nucleus and chromatin remained in KCs lead to parakeratosis and impaired skin barrier function, and cause various skin diseases such as psoriasis. Although the chromatin structure in KCs is dynamically regulated and plays an important role in the terminal differentiation and barrier function of the skin, but the molecular mechanism is not yet clear. Recent studies have reported the three-dimensional structure of chromatin at an individual genomic locus in KCs, however, the dynamic changes in genome-wide structure and spatial organization of chromatin during KC differentiation are still poorly understood, due to limitations of experimental procedure and sample collection. We speculate that spatial chromatin folding, organization of the enhancer-promoter networks and their relevance to Topologically Associating Domains (TADs) appear unique changes in KC differentiation. We aim to use the sensitive sisHi-C to comprehensively and systematically dissect the dynamic landscape of chromatin structure and the molecular mechanisms during human KC differentiation in vivo. This will greatly deepen our understanding of the roles for 3D chromatin architecture in genomic transcriptional regulation and seek novel ideas and targets for the prevention and treatment of skin diseases such as psoriasis.
染色质高级结构在表皮角质形成细胞(KC)分化中发生了剧烈变化,并伴随转录沉默和细胞核凝缩直至完全消失。细胞核和染色质的残留导致了角化不全和皮肤屏障受损,并引起银屑病等多种皮肤病。尽管染色质高级结构的动态调控对于KC分化和皮肤屏障功能极其重要,但其分子机制尚不清楚。虽然最近报道了KC中个别基因座上的染色质三维结构,由于实验材料和研究方法的限制,KC分化中基因组染色质高级结构的动态变化仍鲜为人知。我们猜测,染色质的空间折叠、增强子启动子互作网络和拓扑相关结构域在KC分化中出现了独特的变化。我们拟利用灵敏的sisHi-C技术来全面解析染色质高级结构在人KC分化中的动态图谱及其分子调控机理。这将大大加深人们对细胞分化中染色质高级结构特征与功能相互关联的认识,为银屑病等皮肤病的防治提供新思路和新靶点。

结项摘要

真核生物的染色质在细胞核中呈现出紧密盘绕高度折叠的三维结构。特定的染色质构象能够选择性地激活或沉默基因,从而调控基因转录、细胞分化、组织稳态等生命过程。免疫荧光染色结果显示,染色质高级结构在表皮角质形成细胞KC分化中发生了剧烈变化。但在全基因组范围的动态调控机制尚不清楚。利用灵敏的sisHi-C技术,我们发现基底层及棘层KC的染色质呈现相对松散、高度活跃转录的状态。这些经典的染色质三维结构具有清晰的拓扑结构域和区室结构。然而在分化的颗粒层KC中,染色质经典的区室结构整个出现了明显减弱或消失,并逐渐转化成转录沉默、染色体高度压缩的状态。我们发现伴随这一过程的是,在基底层KC向棘层、颗粒层等上层KC分化过程中,基因表达模式呈现连续变化状态,即常规报道的KRT14和KRT10等标志基因存在共表达窗口,一个可能的原因是这些角蛋白编码基因的转录表达水平很高,以致其在KC分化过程中的代谢周期较长。而KRT14与IVL等颗粒层标志基因则未出现如此明显的共表达现象。另外,KC在分化前后的染色质开放状态出现明显差异,整体上分化前的染色质更加开放,而分化后大量的染色质开放信号在启动子区消失了。我们发现病变皮肤KC中表皮分化复合物基因座缺失了大部分的染色质开放信号。这些数据提示,皮肤KC中染色质结构异常可能与角化不全相关。我们还发现其所富集的关键转录因子发生了巨大改变。例如,皮肤KC分化前的ATAC-seq信号主要富集AP-1和P63等转录因子,而分化后则主要富集SCL和BMYB等转录因子。在敲除关键因子如P63后,我们发现KC不能完成正常的谱系分化,Krt5等关键标志基因的表达呈现缺失,纯合敲除小鼠出生因皮肤缺陷致死,而在抑制或RNA干扰后,KC增殖生长受阻且分化异常。我们的研究加深了人们对细胞分化中染色质高级结构特征与功能相互关联的认识,为银屑病等皮肤病的防治提供新思路和新靶点。

项目成果

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  • 影响因子:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    张树生
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  • 作者:
    郎琦;黄波;于祥远
  • 通讯作者:
    于祥远

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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