Mechanism of PRC2-mediated Gene Silencing during Cardiomyocyte Differentiation

点击翻译按钮获取中文摘要

Project Summary  Cardiomyocytes require precise gene regulation programs to prevent pathophysiology. Upregulation of cardiac  remodeling genes results in cardiomyocyte hypertrophy and decreased heart function. While much is known  about the transcription factors that drive cardiomyocyte specific gene expression, we have a limited  understanding of how histone posttranslational modifications regulate cardiomyocyte development and  maintenance. Polycomb Repressive Complex 2 (PRC2) is a histone modifying complex that silences gene  expression by tri-­methylating lysine 27 on histone H3. Conditional knockout studies show the absence of  PRC2, during mouse heart development, results in upregulation of cardiomyocyte specific transcription factors  and cardiac hypertrophy. However, there is a lack of mechanistic understanding regarding how PRC2  regulates cardiomyocyte specific genes. Emerging evidence demonstrates that human PRC2 is recruited to  chromatin through an interaction with a set of accessory proteins known as AEBP2 and PCL proteins. This  proposal will utilize PRC2 separation-­of-­function mutations to test the hypothesis that the interaction between  PRC2 and these accessory proteins is necessary for regulating cardiomyocyte specific genes and for  preventing cardiomyocyte hypertrophy. High-­throughput sequencing and immunocytochemistry approaches  will be used to determine whether AEBP2 or PCL proteins is/are responsible for maintaining the transcriptional  profile and phenotype of cardiomyocytes in a PRC2 dependent manner. Furthermore, live-­cell single-­molecule  imaging will be used to define how AEBP2 and PCL proteins affect the chromatin-­binding dynamics of PRC2  throughout cardiomyocyte differentiation. The experiments in this proposal represent a critical step toward  uncovering the mechanism of PRC2 mediated gene-­silencing in cardiomyocytes, a mechanism that is central  to normal heart development and function.   Training Plan Summary: The proposed research will be completed in the University of Colorado Boulder  Biochemistry Department, located in the multidisciplinary BioFrontiers Biotechnology building. The applicant  will draw from local expertise in the fields of cardiomyocyte biology, computational biology, chromatin biology,  and transcriptional regulation to develop into an independent physician-­scientist that is well versed in  mechanisms of gene regulation. The applicant’s training plan includes taking coursework, receiving individual  mentorship, attending conferences, giving oral presentations, and preparing/submitting manuscripts.