Comparative genomic approaches to improve iPSC-derived motor neuron models of ALS

改善 iPSC 衍生的 ALS 运动神经元模型的比较基因组方法

• 批准号: 10415114
• 负责人: Ritchie Ho
• 金额: $ 24.9万
• 依托单位: CEDARS-SINAI MEDICAL CENTER
• 依托单位国家: 美国
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 美国
• 起止时间: 2017-09-01 至 2023-05-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://reporter.nih.gov/project-details/10415114
• 关键词: ALS patients; Adult; Affect; Age; Age-Years; Aging; Amyotrophic Lateral Sclerosis; Area; Autopsy; Biological; Biological Assay; Cause of Death; Cell Culture Techniques; Cell Death; Cells; Cessation of life; DNA; Data; Data Set; Development; Disease; Disease model; Embryo; Embryonic Development; Etiology; Event; Exhibits; Face; Foundations; Functional disorder; Gene Expression; Gene Expression Profile; Genetic; Genetic Transcription; Genomic approach; Goals; Hand; Heterogeneity; Histologic; Human; In Vitro; Knowledge; Laboratories; Late-Onset Disorder; Life; Longevity; Maps; Mass Spectrum Analysis; Medicine; Mentors; Metabolism; Modeling; Molecular; Motor Neurons; Mus; Mutation; Nature; Neurodegenerative Disorders; Neurons; Neurosciences; Nucleic Acid Regulatory Sequences; Orthologous Gene; Paralysed; Pathogenesis; Pathogenicity; Pathologic; Pathology; Pathway interactions; Patients; Phenotype; Population; Process; Proteomics; Publishing; RNA Binding; Research; Research Personnel; Sampling; Spinal; Spinal Cord; Superoxide Dismutase; System; Technology; Time; Tissues; Transgenic Mice; age related; aged; aging gene; amyotrophic lateral sclerosis therapy; base; blastomere structure; cell type; comparative; comparative genomics; disease phenotype; effective therapy; end stage disease; fetal; gene network; human disease; human model; human stem cells; improved; in vivo; individual patient; induced pluripotent stem cell; induced pluripotent stem cell technology; insight; molecular modeling; motor neuron degeneration; motor neuron development; mouse model; neuron loss; novel; novel diagnostics; prevent; programs; protein aggregation; protein biomarkers; single-cell RNA sequencing; stem cell model; therapy design; therapy development; transcriptomics

Project Summary     Disease modeling with patient-­derived induced pluripotent stem cells (iPSCs) enables researchers to observe  the embryonic development, maturation, and aging of any cell type from the patient’s body in a laboratory petri  dish. This novel and powerful technology therefore enables researchers to closely observe the development of  age-­related, late onset diseases that affect specific cells in the patient by replaying the molecular events that  occur inside the cells prior to and during the disease. With this knowledge in hand, researchers can then  design therapies based on the molecular dysfunctions implicated in causing the disease. A highly active area  of disease modeling research using iPSC technology is in Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS), a devastating  neurodegenerative disorder characterized by the death of motor neurons, typically occurring in late adulthood,  for which there is no cure and patients face an average of three years of life remaining. However, a major  challenge currently facing this field is that the motor neurons grown from iPSCs in the petri dish are molecularly  more similar to immature embryonic cells rather than to mature and aged adult cells. Since ALS causes the  death of adult rather than embryonic motor neurons, a necessary goal is to generate mature and aged motor  neurons to study in the dish. By integrating comparative genomic, transcriptomic, and proteomic approaches  proposed in this application, we aim to identify the molecular roadblocks regulating the path to the mature  motor neuron state. First, we will employ a comparative medicine approach between mouse and human cells  to find common and distinct genes and expression networks regulating motor neuron development, maturation,  aging, and ALS-­induced degeneration. This comparison serves to capture essential maturation and aging  pathways in the mouse that can hypothetically be enacted and accelerated in human cells. Second, we will  employ a single cell RNA-­sequencing and proteomic approach to deeply and sensitively detect populations of  mature motor neurons vulnerable to ALS. Lastly, we will integrate our data to predict and experimentally  validate regulatory factors controlling key gene expression networks in iPSC-­derived motor neurons. By  understanding the cellular systems controlling the maturation and aging processes, we can then develop  strategies to accelerate motor neuron maturation and aging in the dish, and thereby faithfully reproduce the  late onset molecular events leading to the degeneration of motor neurons in ALS.

项目总结： 这是一个很大的问题。 利用患者来源的干细胞诱导的多能干细胞(IPSCs)建立疾病模型，使研究人员能够更好地观察。 任何一种干细胞类型的胚胎发育、成熟、成熟和衰老过程都是从患者的体内组织中提取出来的。 这一新颖的技术和强大的技术支持使我们的研究人员能够密切关注和观察互联网的未来发展趋势。 与年龄相关的、发病较晚的疾病，这些疾病可能会通过重播早期分子生物学事件来影响患者体内的特异性淋巴细胞。 发生在癌症之前的细胞内，以及在疾病发生期间。有了这些新的知识掌握，研究人员可以随后进行研究。 设计和治疗方法是基于与导致这种疾病有关的主要分子生物学功能障碍的基础上的。中国是一个高度活跃的地区。 在肌萎缩侧索硬化症(ALS)中，使用IPSC技术进行疾病建模和研究是一种毁灭性的疾病。 神经退行性精神障碍的特征是运动神经元的早期死亡，通常发生在成年后期。 对于那些没有治愈方法的疾病来说，患者平均面临大约三年的剩余寿命。然而，这是一个很大的问题。 这个领域目前面临的挑战是，从培养皿中的iPSCs中长出的神经元是从分子水平上生长出来的。 更多类似于移植未成熟的胚胎干细胞，而不是移植成熟的胚胎干细胞和老化的成年干细胞。 死亡的是成年人，而不是胚胎的运动神经元，这是帮助产生成熟的和衰老的运动神经元的一个必要的目标。 神经元需要在这道菜中学习。通过整合比较基因组学、转录组学、蛋白质组学和蛋白质组学的方法。 在这次申请中提出的，我们的目的应该是找出主要的分子生物学障碍，以规范中国走向成熟的道路。 运动神经元的状态。首先，我们将在小鼠细胞和人类神经细胞之间采用一种新的比较医学方法。 为了找到共同的基因和不同的基因表达，以调控运动神经元的发育、成熟和网络。 衰老、衰老和肌萎缩侧索硬化症诱导的衰老。这种比较有助于我们更好地捕捉关键的成熟过程和衰老过程。 在小鼠体内发现的通路表明，它可以假想地被实施，并在人类干细胞中加速繁殖。其次，我们将看到。 采用单细胞DNA测序技术和蛋白质组学方法进行深入研究，并敏感地检测出不同的种群。 成熟的运动神经元很容易受到肌萎缩侧索硬化症的影响。最后，我们还将整合我们的运动神经元数据，以帮助预测疾病和进行实验。 验证调控因素，以控制关键基因在IPSC衍生的运动神经元中的网络表达。 了解最新的细胞免疫系统，控制细胞的成熟和衰老的过程，我们才能更好地发展。 策略是加速运动神经元的成熟和延缓衰老过程，从而忠实地繁衍后代。 起病较晚的分子生物学事件导致了ALS患者运动神经元的退行性变。