Modeling the molecular and cellular mechanisms of TE birth defects in animals

气管导管和食道导管(TE)是由胎儿早期发育的单一输卵管引起的。这些缺陷是由TE引起的。 形态发生可能导致一系列危及生命的先天性气管-食道和出生缺陷综合征(TEDS)。 防止新生儿呼吸困难或喂养困难。这一项目的主要目标是进一步确定婴儿的分子水平。 以及使用不同动物模型的TEDs的细胞学基础。在第一个新生儿时期，TEDs是通过手术矫正的。 TEDS通常与长期的共同发病率有关。通常发生在出生后约1：3500的婴儿中，其病因学特征很差。 明白。尽管有证据表明这是一种主要的遗传基因成分，但已知的14种基因的突变是导致这种疾病的主要原因。 只有12%的患者患有食道闭锁和/或气管-食道瘘(EA/TEF)[1]，而这是主要的遗传因素。 更多罕见和致命性气管闭锁综合征(TA)的基础尚不清楚。这些零星的DNA突变发生在大约25个额外的遗传基因中。 已经被证实与EEA/TEF患者有关，但这些研究仍有待进一步验证。已证明可以使用。 对TED、BMP和BMP进行有效的建模表明，对于Hedgehog基因(HH)基因和BMP基因通路，以及其他突变体来说，这是一个关键的基因角色。 表现出这些缺陷的情况类似于人类的患者。尽管取得了这些进展，但在这一领域仍然存在大量的缺陷。 小鼠基因是一种相对较低的基因吞吐能力的模型，而且只有少数几个来自患者的候选基因突变尚未被发现。 到目前为止已经过验证。第二，虽然HH基因和BMP基因可能与细胞形态发生有关，但它们的主要细胞调控机制却并非如此。 调节和控制胃管进入食道和气管的分离情况也是未知的。但这一点是可能的。 因为这些事件都会发生在胎儿胚胎发育的早期，也就是小鼠胚胎在体内发育的时候。 在我们的初步数据中，我们已经确定了非洲爪哇的胚胎是一种生物。 为了补充小鼠的遗传学，创新的高通量基因模型已经开始寻找新的基因和基因。 保守的控制细胞形态发生的细胞调控机制。这些研究将引导我们提出可能导致HH的假说。 骨形态发生蛋白和骨形态发生蛋白相互作用，以调节细胞的形态发生过程，以及在这些过程中发生的突变。 路径将产生一系列不同的表型，这些表型将成为人类TEDs的模型。但这个新的项目将不会定义TEDs。 未来发展的分子生物学和细胞生物学机制，将定义TED的主要结构和基础，并检验其推定的生物学基础。 TED-导致的基因突变来自大多数患者(项目-1)。最终，这项研究不仅将改善诊断，还将加强对患者的护理。 并向我们提供从人类非多能干细胞(HPSCs)中生成新的组织细胞的战略(项目-3)。 目的：1刻画动物特殊形态发生的主要细胞生物学机制。 目的：2确定HH-gli基因和BMP-Sox2基因通路中的缺陷是如何扰乱细胞形态发生的。 Aim-3验证候选的TED-导致非洲爪哇和小鼠的基因突变。

The  trachea  and  esophagus  (TE)  arise  from  a  single  foregut  tube  in  early  fetal  development.  Defects  in  TE  morphogenesis result in a spectrum of life-­threatening congenital tracheo-­esophageal birth defects (TEDs) that  prevent  proper  breathing  or  feeding  in  newborns.  The  goal  of  this  project  is  to  determine  the  molecular  and  cellular  basis  of  TEDs  using  animal  models.  Corrected  surgically  in  the  neonatal  period,  TEDs  are  often  associated  with  long-­term  co-­morbidity.  Occurring  in  ~1:3500  births,  the  etiology  of  TEDs  is  poorly  understood. Although evidence indicates a major genetic component, known mutations in 14 genes account for  only 12% of patients with esophageal atresia and/or tracheoesophageal fistula (EA/TEF) [1], while the genetic  basis  of  more  rare  and  lethal  tracheal  atresia  (TA)  is  unknown.  Sporadic  mutations  in  ~25  additional  genes  have  been  associated  with  EA/TEF  patients,  but  these  remain  to  be  validated.  Mouse  has  proven  to  be  effective for modeling TEDs, and indicates a key role for the Hedgehog (HH) and BMP pathways, with mutants  exhibiting defects similar to human patient. Despite this progress there are a number of limitations in the field.  Mouse  is  a  relatively  low  throughput  model  and  only  a  few  of  candidate  mutations  from  patients  have  been  validated to date. Second, while HH and BMP are implicated TE morphogenesis the cellular mechanisms they  regulate,  to  control  separation  of  the  foregut  tube  into  esophagus  and  trachea  are  unknown.  This  is  in  part  because  these  events  occur  early  in  fetal  development  when  internally  developing  mouse  embryos  are  challenging  to  manipulate  and  visualize.  In  preliminary  data  we  have  established  Xenopus  embryos  as  an  innovative  high-­throughput  model  to  complement  mouse  genetics,  and  have  begun  to  identify  novel  and  conserved cellular mechanisms controlling TE morphogenesis. These studies lead us to hypothesize that HH  and BMP interact to regulate the cellular processes of TE morphogenesis and that mutations in these  pathways  result  in  a  spectrum  of  phenotypes  that  model  human  TEDs.  This  project  will  define  the  molecular  and  cellular  mechanisms  of  TE  development,  define  the  structural  basis  of  TEDs  and  test  putative  TED-­causing mutations from patients (project-­1). Ultimately this will improve diagnosis, enhance patient care,  and inform strategies to generate TE tissue from human pluripotent stem cells (hPSCs) (project-­3).   Aim 1 Characterize the cellular mechanisms of TE morphogenesis in animals.  Aim 2 Determine how defects in HH-­Gli and BMP-­Sox2 pathways disrupt TE morphogenesis.  Aim 3 Validate candidate TED-­causing mutations in Xenopus and mouse.