Feedback between multiple signaling modes in control of a plant stem cell niche

控制植物干细胞生态位的多种信号传导模式之间的反馈

基本信息

  • 批准号:
    8688277
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 31.3万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2013
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2013-08-01 至 2017-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

DESCRIPTION (provided by applicant): Understanding the mechanism of maintenance and differentiation of stem cell populations is a central scientific issue on the path to realizing thefull therapeutic potential of stem cells in the treatment of human disease. Characterizing the cellular signals that maintain and regulate stem cell populations will lead to a new appreciation of the principles by which living organisms control growth and development and to the development of new technologies to utilize stem cells in health applications including tissue and organ regeneration. The proposed study, by characterizing the factors that regulate stem cell proliferation, differentiation, and specification in a model system, will reveal new principles of stem cell niche organization. The research proposed is designed to answer the central unanswered question in stem cell biology: what is the mechanism by which cell-cell communication instructs cellular behavior in stem cell populations? Because of its amenability to the full spectrum of methods from modern systems and genomic biology, as well as the remarkable regenerative abilities of plants, the shoot apical meristem (SAM) of the flowering plant Arabidopsis thaliana will be used as a model system. Two key signaling pathways, and their interactions, will be studied: the CLAVATA-WUSCHEL peptide signaling pathway and the hormonal cytokinin signaling pathway. The result of accomplishing the aims of the proposal will be a new level of understanding of stem cell niches, and the principles of feedback, signaling, and local cell type response that allow them to serve as permanent and regulated reservoirs of cells for creation of tissues. The experiments will lead to a new level of sophistication in our understanding of development, and of stem cell regulation in plants; and therefore to a more complete understanding of, and comparative view of, the principles of stem cell regulation in both plants and animals. Each aim will use non-invasive live imaging techniques that are particularly effective in plants, because their stem cells are near the surface, and transgenic reporter transgenes, as well as an extensive array of mutations that change the regulation of stem cell behavior. The goal of the first aim is a full characterization of the mechanisms by which alterations in the levels of the hormone cytokinin affect the different domains of the SAM stem cell niche, both directly, via regulation of the peptide signaling pathway, and by the multiple feedbacks of the hormone signaling system on itself. The second aim is a systems approach to characterize the cytokinin signaling pathway from receptor to response regulator transcription. Using the novel TRAP-seq and INTACT methods, cytokinin target genes will be characterized at cellular and molecular resolution. The third aim is an unbiased yeast-one hybrid screen to identify transcriptional regulators of cytokinin signaling, and cytokinin biosynthetic genes. The fourth and final aim is to use the data generated through these approaches to parameterize computational models that encapsulate the complex feedbacks in the system, to test new hypotheses of the mechanism by which cell-cell communication regulates the SAM stem cell niche.
描述(由申请人提供):了解干细胞种群维持和分化的机理是实现干细胞在治疗人类疾病治疗中的FULLL治疗潜力的核心科学问题。表征维持和调节干细胞群体的细胞信号将导致对生物体控制生长和发育的原理以及新技术的发展,以在包括组织和器官再生在内的健康应用中利用干细胞。拟议的研究通过表征模型系统中调节干细胞增殖,分化和规范的因素,将揭示干细胞生态位组织的新原理。提出的研究旨在回答干细胞生物学中的中心未解决问题:细胞 - 细胞通信指导干细胞群体中细胞行为的机制是什么?由于其对现代系统和基因组生物学的全部方法以及植物的显着再生能力的所有方法,因此开花植物拟南芥的芽顶分生组织(SAM)将用作模型系统。将研究两个关键的信号通路及其相互作用:Clavata-Wuschel肽信号通路和激素细胞分裂素信号通路。实现该提案目标的结果将是对干细胞壁ches的新水平,以及反馈,信号传导和局部细胞类型响应的原理,使它们可以作为细胞的永久和调节的储层来创建组织。实验将导致我们对发育的理解和植物中干细胞调节的新成熟水平。因此,要对动植物中干细胞调节的原理进行更完整的理解和比较观点。每个目标都将使用在植物中特别有效的非侵入性活成像技术,因为它们的干细胞靠近表面,转基因报告基因转基因以及广泛的突变阵列,这些突变会改变干细胞行为的调节。第一个目的的目的是对机制的全面表征,通过这种机制,激素细胞分裂素的水平的改变会直接通过调节肽信号传导途径的调节,并通过自身的激素信号系统的多种反馈来直接影响SAM干细胞壁che的不同结构。第二个目的是一种系统方法,可以表征从受体到响应调节剂转录的细胞分裂素信号通路。使用新颖的陷阱序列和完整的方法,将在细胞和分子分辨率下进行细胞分裂素靶基因的表征。第三个目的是公正的酵母一种杂交筛选,以鉴定细胞分裂素信号传导的转录调节剂和细胞分裂素生物合成基因。第四个也是最后的目的是使用通过这些方法生成的数据来参数化将复杂反馈封装在系统中的计算模型,以测试细胞细胞通信调节SAM干细胞小众的机制的新假设。

项目成果

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