LIVE IMAGING OF BONE REGENERATION IN ZEBRAFISH

摘要 哺乳动物的骨骼在整个生命过程中都有再生的能力，以应对骨折损伤。 但 是这种再生潜力的上限，在肢体等重大创伤后再生障碍 截肢这对社会经济产生了重大影响，因为据估计， 预计50岁以上的人患有或有患骨病的风险，每年估计有150万人 个体由于骨疾病而遭受骨折。最近，我们开发了成像方法来研究 成骨细胞驱动斑马鱼的骨再生，在骨损伤后显示出强大的再生能力。 鳍、鳞和颚等结构。 我们的目标是利用这种再生能力， 我们已经创建的平台，以及在斑马鱼中可用的分子遗传方法， 来理解和控制骨骼的再生能力。该提案的目标是在 细胞和信号事件的toto地图再生模式的骨骼骨。我们的实验将测试 假设再生骨的正确模式需要动态信号事件， 成骨细胞行为的个体和群体水平。 1)我们将使用长期的实时成像，标记 光生物可转换蛋白质，以及计算机分析，以生成细胞增殖的详细地图， 肥大和细胞流动以及与邻近组织的相互作用驱动骨再生。 2)我们将 使用尖端的生物传感器，实时成像，计算方法和数学建模来解剖 化学信号的行波如何刺激再生成骨细胞群体的生长。 3)我们 将使用转录组分析方法来进一步了解生长因子信号传导的动力学， 包括基于单细胞测序的方法将基因表达程序与成骨细胞联系起来 行为。 这些实验将为理解成骨细胞如何 行为协调骨再生。

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.