PRODIGE: A high-throughput tool for joint profiling of protein-DNA interactions and gene expression in single cells

PRODIGE:一种高通量工具,用于联合分析单细胞中蛋白质-DNA 相互作用和基因表达

基本信息

  • 批准号:
    10492769
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 22.88万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2021-09-30 至 2024-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

PROJECT SUMMARY/ABSTRACT Protein-DNA interactions control access to genes in chromatins and regulate the spatial- and temporal-specific gene expression. These interactions are crucial for cell differentiation and the maintenance of cellular diversity. Dysregulated patterns of protein-DNA interactions are often associated with disease states. Applications of next- generation epigenomic sequencing techniques have enabled deconvolution of protein-DNA interactions at single-cell level. However, it remains challenging to define how cell-to-cell heterogeneity in protein-DNA interactions impacts gene expression variability. Currently available methods for joint profiling protein-DNA interactions and gene expression from single cells require laborious genetic manipulation, suffer relatively low throughput, and are impossible to specifically map proteins with post-translational modifications, such as histone marks. To address these unmet needs, we propose to develop PRODIGE – a high-throughput tool for joint profiling of protein-DNA interactions and gene expression in the same single cells without the need of genetic manipulations. It is enabled by a strategic integration of reversible cell fixation, antibody-guided chromatin tagmentation, novel deformable and degradable barcoded hydrogel beads, droplet microfluidics, and next- generation sequencing technology. In Aim 1, we will develop technical components and analytical pipelines of PRODIGE. We will prepare protein A-Tn5 transposome for antibody-guided Tn5 tagmentation, fabricate microfluidic devices for single-cell PRODIGE assay, and synthesize a barcoded library of deformable and degradable barcoded hydrogel beads for single-cell barcoding. In Aim 2, we will optimize the method in bulk and single-cell levels, and assess the performance of PRODIGE (joint analysis) in comparison to other stand-alone counterparts. In Aim 3, we will benchmark PRODIGE to established tools for joint single-cell profiling of protein- DNA interactions and transcriptome. Successful implementation of the proposed program will deliver a high- throughput tool to quantify how cell-to-cell heterogeneity in protein-DNA binding influences gene expression variability, decipher cell-type-specific patterns of upstream protein-DNA interactions and their transcriptional outputs, and identify protein-mediated mechanisms that regulate cell-type-associated transcriptional programs in heterogeneous cell populations and under different developmental and/or disease conditions.
项目概要/摘要 蛋白质-DNA 相互作用控制对染色质中基因的访问并调节空间和时间特异性 基因表达。这些相互作用对于细胞分化和细胞多样性的维持至关重要。 蛋白质-DNA 相互作用的失调模式通常与疾病状态有关。接下来的应用- 一代表观基因组测序技术已经能够解卷积蛋白质-DNA相互作用 单细胞水平。然而,定义蛋白质-DNA 中细胞间的异质性如何影响仍然具有挑战性。 相互作用影响基因表达变异性。目前可用的蛋白质-DNA 联合分析方法 单细胞的相互作用和基因表达需要费力的基因操作,受到的影响相对较低 吞吐量,并且不可能特异性地绘制具有翻译后修饰的蛋白质,例如组蛋白 标记。为了解决这些未满足的需求,我们建议开发 PRODIGE——一种用于联合 无需遗传分析即可分析同一单细胞中的蛋白质-DNA 相互作用和基因表达 操纵。它是通过可逆细胞固定、抗体引导染色质的战略整合来实现的 标记、新型可变形和可降解的条形码水凝胶珠、液滴微流体以及下一步 世代测序技术。在目标 1 中,我们将开发以下技术组件和分析管道: 神童。我们将准备用于抗体引导的 Tn5 标记的蛋白 A-Tn5 转座体,制造 用于单细胞 PRODIGE 测定的微流体装置,并合成可变形和 用于单细胞条形码的可降解条形码水凝胶珠。在目标 2 中,我们将批量优化该方法, 单细胞水平,并与其他独立的相比评估 PRODIGE(联合分析)的性能 同行。在目标 3 中,我们将以 PRODIGE 为基准来对蛋白质进行联合单细胞分析的既定工具进行基准测试。 DNA 相互作用和转录组。拟议计划的成功实施将带来高 通量工具,用于量化蛋白质-DNA 结合中细胞间异质性如何影响基因表达 变异性,破译上游蛋白质-DNA 相互作用的细胞类型特异性模式及其转录 输出,并确定调节细胞类型相关转录程序的蛋白质介导机制 在异质细胞群中以及在不同的发育和/或疾病条件下。

项目成果

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    $ 22.88万
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