Functional analysis of ncRNAs in Drosophila nervous system development with cell type specificity and single-cell resolution

具有细胞类型特异性和单细胞分辨率的 ncRNA 在果蝇神经系统发育中的功能分析

基本信息

项目摘要

Orderly specification and differentiation of naïve cells into progressively more complex cell types, tissues and organ systems is a fundamental principle in developmental and stem cell biology. Many key developmental regulators like transcription factors and signalling molecules have been identified over the past decades. It has become clear over the past few years, however, that a whole other critical regulatory level exists: a multitude of non-coding RNAs (ncRNAs) guide and control gene expression and convey cellular identity. It is becoming increasingly apparent, that the ncRNAs are especially important for the development and function of the nervous system.In order to understand the mechanisms by which ncRNAs drive neurogenesis, we must first establish an inventory of ncRNAs that may be involved. We have systematically identified the gene expression programs in vivo over the course of early neurogenesis and the resulting transcriptomic atlas allows insights into early Drosophila neurogenesis with unprecedented cell-type and temporal resolution. The identified ncRNAs belong to several classes, such as micro RNAs (miRNAs), circular RNAs (circRNAs), and long non-coding RNAs (lncRNAs) and we have made several intriguing observations regarding the prevalence and specificity of lncRNAs and circRNAs that clearly point towards their importance in regulating cellular identity and even signalling among cells.Given the developmental and cell type resolution we have established, it is now possible to ask new kinds of questions, for example, how transcription factors are differentially deployed along developmental lineages, such as from neuroblast to neuron, how micro RNAs may effect target transcripts in a cell type specific manner, or even how neurons and glia may communicate with each other via signalling pathways. The goal now is to understand the roles of ncRNAs in neurogenesis - how they affect cell fate decisions and the mechanisms by which they do so. Drosophila is a unique system in which to ask such questions due to is unparalleled experimental accessibility, coupled with key neurogenic patterning principles conserved from flies to mice. Given the exquisite cell type specificity observed for many ncRNAs, we aim to elucidate the mechanisms by which ncRNAs function at the single-cell level.
幼稚细胞的有序特化和分化为越来越复杂的细胞类型、组织和器官系统是发育和干细胞生物学的基本原则。在过去的几十年里,许多关键的发育调节因子如转录因子和信号分子已经被确定。然而,在过去的几年里,人们已经清楚地认识到,存在着另一个关键的调控水平:大量的非编码RNA(ncRNA)引导和控制基因表达,并传达细胞的身份。ncRNA对神经系统的发育和功能尤为重要,为了了解ncRNA驱动神经发生的机制,我们必须首先建立一个可能参与神经发生的ncRNA清单。我们已经系统地确定了早期神经发生过程中体内的基因表达程序,由此产生的转录组图谱允许以前所未有的细胞类型和时间分辨率深入了解早期果蝇神经发生。目前已鉴定的非编码RNA主要有microRNA(miRNAs)、circular RNA(circular RNA)、我们已经对lncRNA和circRNA的普遍性和特异性进行了一些有趣的观察,这些观察清楚地指出了它们在调节细胞身份甚至细胞间信号传导中的重要性。现在有可能提出新的问题,例如,转录因子是如何沿着发育谱系(如从成神经细胞到神经元)差异地部署的,微小RNA如何以细胞类型特异性方式影响靶转录物,甚至神经元和神经胶质如何通过信号通路相互通信。现在的目标是了解ncRNA在神经发生中的作用-它们如何影响细胞命运决定以及它们这样做的机制。果蝇是一个独特的系统,可以提出这样的问题,因为它具有无与伦比的实验可及性,再加上从苍蝇到老鼠都保守的关键神经原性模式原则。鉴于许多ncRNA观察到的精致的细胞类型特异性,我们的目标是阐明ncRNA在单细胞水平上发挥作用的机制。

项目成果

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