LIVE IMAGING OF BONE REGENERATION IN ZEBRAFISH

斑马鱼骨再生的实时成像

• 批准号: 10549315
• 负责人: Stefano Di Talia
• 金额: $ 52.04万
• 依托单位: DUKE UNIVERSITY
• 依托单位国家: 美国
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 美国
• 起止时间: 2020-02-01 至 2025-01-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://reporter.nih.gov/project-details/10549315
• 关键词: Adult; Age; American; Automobile Driving; Behavior; Biography; Biosensor; Bone Diseases; Bone Matrix; Bone Regeneration; Cell Proliferation; Cell division; Cells; Cessation of life; Chemicals; Clinical; Competence; Complement; Complex; Computer Analysis; Cytoskeleton; Data Set; Daughter; Dermal; Embryo; Epithelial Cells; Event; Extracellular Signal Regulated Kinases; FGF12 gene; Fracture; Gene Expression; Genes; Genetic; Genetic Transcription; Goals; Growth; Growth Factor; Heterogeneity; Hypertrophy; Image; Individual; Injury; Jaw; Label; Laboratories; Life; Ligands; Limb structure; Link; Maps; Mediating; Messenger RNA; Methodology; Methods; Mitogens; Modeling; Molecular; Molecular Genetics; Monitor; Morphogenesis; Natural regeneration; Osteoblasts; Osteoclasts; Pathway interactions; Pattern; Population; Primordium; Process; Proliferating; Protein Analysis; Publishing; Regenerative capacity; Regulation; Risk; Signal Transduction; Skeletal bone; Skin; Structure; System; Testing; Tissues; Transgenic Organisms; Trauma; Travel; Work; Zebrafish; bone; bone imaging; cell behavior; craniofacial development; economic impact; experimental study; genetic approach; imaging modality; imaging platform; improved; in vivo imaging; insight; limb amputation; live cell imaging; mathematical model; member; migration; novel; pharmacologic; programs; regeneration potential; regenerative growth; response; single cell sequencing; socioeconomics; spatiotemporal; transcription factor; transcriptome; transcriptomic profiling; transmission process

Abstract     Mammalian  bone  has  the  capacity  throughout  life  to  regenerate  in  response  to  fracture  injury.  However,  there  is  a  ceiling  for  this  regenerative  potential,  with  hurdles  to  regeneration  after  a  major  trauma  like  limb  amputation. This has a significant socioeconomic impact, as it is estimated that at least one in two Americans  over  age  50  is  expected  to  have  or  be  at  risk  of  bone  disease,  and  every  year  an  estimated  1.5  million  individuals suffer a fracture due to bone disease. Recently, we have developed imaging methods to study how  osteoblasts  drive  bone  regeneration  in  zebrafish,  which  display  robust  regeneration  after  major  injury  to  bony  structures  like  their  fins,  scales,  and  jaws.  Our  goal  is  to  exploit  this  regenerative  capacity,  new  imaging  platforms we have created, and the molecular genetic approaches available in zebrafish to improve our ability  to understand and manipulate the regenerative capacity of bone. The goal of this proposal is to generate an in  toto map of the cellular and signaling events that regenerate patterned skeletal bone. Our experiments will test  the  hypothesis  that  correct  patterning  of  regenerating  bone  requires  dynamic  signaling  events  that  control  osteoblast  behaviors  at  individual  and  population  levels.    1)  We  will  use  long-­term  live  imaging,  labeling  with  photo-­convertible  proteins,  and  computational  analysis  to  generate  a  detailed  map  of  how  cell  proliferation,  hypertrophy  and  cellular  flows,  and  interactions  with  neighboring  tissues  drive  bone  regeneration.  2)  We  will  use  cutting  edge  biosensors,  live  imaging,  computational  approaches,  and  mathematical  modeling  to  dissect  how  traveling  waves  of  chemical  signals  stimulate  the  growth  of  a  regenerating  osteoblast  population.  3)  We  will use transcriptome profiling approaches to derive further insights on the dynamics of growth factor signaling,  including  single-­cell  sequencing-­based  approaches  to  link  gene  expression  programs  with  osteoblast  behaviors.  These  experiments  will  define  a  novel  quantitative  framework  for  understanding  how  osteoblast  behaviors orchestrate bone regeneration.

摘要： -- 哺乳动物的骨骼在一生中都有足够的能力来再生骨骼，以应对骨折和受伤。然而，它是存在的。 在经历了像肢体这样的重大医疗创伤后，这是开发这种可再生能源潜力的最高限度，但有许多障碍来实现再生能力。 截肢。这一事件产生了非常重大的社会经济影响，据估计，至少每两个美国人中就有一个人截肢。 预计50岁以上的人每年都会有或将有患骨质疏松症的风险，估计有150万人。 一些人会因骨骼疾病而患上严重骨折。最近，我们已经开发出一种新的成像方法，以研究如何治疗。 成骨细胞将驱动斑马鱼的骨再生能力，斑马鱼在严重的创伤后将表现出强大的骨再生能力。 结构就像它们的鳍、鳞片、牙齿和下颌。我们的主要目标是更好地利用这种再生能力，以及新的图像成像。 我们已经创建、建立和使用了斑马鱼基因组中可用的各种分子遗传学方法的平台，以进一步提高我们的生存能力。 为了更好地理解和操纵骨的再生能力，这项新提案的主要目标是促进骨再生能力的提高。 Toto绘制了可以再生有图案的骨骼的主要细胞因子和信号传导事件的图。我们的后续实验将进行测试。 这一假说认为，要纠正骨骼再生的模式，需要一个动态的信号系统，以控制控制事件。 成骨细胞的行为表现在个体和群体的水平上。1)我们将继续使用长期的实时核磁共振成像，而不是标记数据。 可拍照转换的蛋白质、蛋白质和计算蛋白质分析可以生成一张关于细胞如何增殖的详细电子地图。 肥大的细胞和细胞的流动，以及与邻近组织的细胞和组织的相互作用，推动骨组织的再生。 使用尖端的生物传感器、实时成像、计算技术方法、计算机和数学建模技术来解剖。 如何通过一波又一波的化学信号来刺激一个正在再生的成骨细胞种群的快速增长。 我们将使用转录组和分析方法，以进一步获得关于经济增长和因素信号传递的动态变化的见解。 包括基于单细胞DNA测序的方法，将基因表达和程序与成骨细胞联系起来。 行为。这些实验将定义一个全新的、定量的实验框架，用于进一步了解成骨细胞是如何发挥作用的。 行为可以协调骨骼的再生。