Mechanism of PRC2-mediated Gene Silencing during Cardiomyocyte Differentiation

PRC2介导的心肌细胞分化过程中基因沉默的机制

• 批准号: 9760150
• 负责人: Daniel Thomas Youmans
• 金额: $ 3.43万
• 依托单位: UNIVERSITY OF COLORADO
• 依托单位国家: 美国
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 美国
• 起止时间: 2019-05-15 至 2023-05-14
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://reporter.nih.gov/project-details/9760150
• 关键词: Affect; Affinity; Alleles; Binding; Biochemistry; Biology; Biotechnology; Cardiac; Cardiac Myocytes; Cardiac development; Cardiomyopathies; Cell Lineage; Cells; Cessation of life; Chromatin; Colorado; Community Developments; Complex; Computational Biology; DNA; DNA Binding; DNA Sequence; Data; Development; Developmental Gene; Diffusion; Dilated Cardiomyopathy; Doxycycline; Ectopic Expression; Embryonic Development; Functional disorder; Future; Gene Expression; Gene Expression Regulation; Gene Silencing; Genes; Genetic; Genetic Transcription; Genome; Genomics; Heart Hypertrophy; Heterochromatin; High-Throughput Nucleotide Sequencing; Histone H3; Histones; Human; Hypertrophic Cardiomyopathy; Hypertrophy; Image; Individual; Knock-out; Knockout Mice; Lysine; Maintenance; Manuscripts; Mediating; Mentorship; Methods; Modeling; Modification; Mus; Mutation; Oral; Pathway interactions; Phenotype; Physicians; Play; Polycomb; Post-Translational Protein Processing; Property; Proteins; Publications; Research; Role; Scientist; Site; Stains; System; Testing; Time; Training; Transcriptional Regulation; Troponin T; Universities; Up-Regulation; Ventricular Remodeling; alpha Actin; cardiogenesis; cell type; chromatin immunoprecipitation; experimental study; fascinate; genome editing; heart function; human pluripotent stem cell; imaging approach; immunocytochemistry; improved; molecular imaging; multidisciplinary; mutant; osteosarcoma; premature; prevent; programs; promoter; recruit; residence; single molecule; stem cell differentiation; symposium; transcription factor; transcriptome sequencing

Project Summary  Cardiomyocytes require precise gene regulation programs to prevent pathophysiology. Upregulation of cardiac  remodeling genes results in cardiomyocyte hypertrophy and decreased heart function. While much is known  about the transcription factors that drive cardiomyocyte specific gene expression, we have a limited  understanding of how histone posttranslational modifications regulate cardiomyocyte development and  maintenance. Polycomb Repressive Complex 2 (PRC2) is a histone modifying complex that silences gene  expression by tri-­methylating lysine 27 on histone H3. Conditional knockout studies show the absence of  PRC2, during mouse heart development, results in upregulation of cardiomyocyte specific transcription factors  and cardiac hypertrophy. However, there is a lack of mechanistic understanding regarding how PRC2  regulates cardiomyocyte specific genes. Emerging evidence demonstrates that human PRC2 is recruited to  chromatin through an interaction with a set of accessory proteins known as AEBP2 and PCL proteins. This  proposal will utilize PRC2 separation-­of-­function mutations to test the hypothesis that the interaction between  PRC2 and these accessory proteins is necessary for regulating cardiomyocyte specific genes and for  preventing cardiomyocyte hypertrophy. High-­throughput sequencing and immunocytochemistry approaches  will be used to determine whether AEBP2 or PCL proteins is/are responsible for maintaining the transcriptional  profile and phenotype of cardiomyocytes in a PRC2 dependent manner. Furthermore, live-­cell single-­molecule  imaging will be used to define how AEBP2 and PCL proteins affect the chromatin-­binding dynamics of PRC2  throughout cardiomyocyte differentiation. The experiments in this proposal represent a critical step toward  uncovering the mechanism of PRC2 mediated gene-­silencing in cardiomyocytes, a mechanism that is central  to normal heart development and function.   Training Plan Summary: The proposed research will be completed in the University of Colorado Boulder  Biochemistry Department, located in the multidisciplinary BioFrontiers Biotechnology building. The applicant  will draw from local expertise in the fields of cardiomyocyte biology, computational biology, chromatin biology,  and transcriptional regulation to develop into an independent physician-­scientist that is well versed in  mechanisms of gene regulation. The applicant’s training plan includes taking coursework, receiving individual  mentorship, attending conferences, giving oral presentations, and preparing/submitting manuscripts.

项目总结： 心肌细胞需要一个精确的基因和调控程序，以防止疾病的病理生理。 基因重塑可导致心肌细胞肥大，心脏功能下降。然而，目前尚不清楚其中的许多原因。 关于驱动心肌细胞特异性转录因子基因表达的主要转录因子，我们还没有找到一个有限的答案。 了解组蛋白和翻译后修饰如何调节心肌细胞的发育。 维护。我们的Polycomb和抑制基因复合体2(PRC2)是一种组蛋白，用来修饰一个能沉默基因的复合体。 组蛋白H3上三甲基化赖氨酸H27的表达。一项有条件的基因敲除研究表明，基因缺失的可能性很大。 在小鼠心脏发育过程中，PRC2促进了心肌细胞特异性转录因子的上调。 以及心脏肥厚。然而，对于PRC2是如何发挥作用的，人们仍然缺乏机械性的理解。 以特定的基因调控心肌细胞。新出现的证据表明，人类的PRC2基因可能是被招募来的。 染色质通过与一组被称为AEBP2蛋白和PCL蛋白的辅助蛋白之间的相互作用而发挥作用。 该提案还将利用PRC2的功能分离和突变来测试假设，该假说证明了两个人之间的潜在交互作用。 PRC2调控这些辅助性蛋白是调节心肌细胞特异性调控基因表达的必要手段。 预防心肌细胞肥大。高通量DNA测序和免疫细胞化学方法。 是否会被用来确定AEBP2或PCL蛋白是否对维持转录水平负责。 此外，活细胞和单分子细胞是以一种完全依赖于PRC2的方式表达的。 我们将继续使用成像技术来定义AEBP2蛋白和PCL蛋白如何影响PRC2的染色质结合动力学机制。 在整个心肌细胞分化过程中，这项新提案中的所有实验将代表着迈向成熟的关键一步。 揭示了PRC2介导的心肌细胞基因沉默的机制，这是一种以基因沉默为核心的机制。 以恢复正常的心脏发育和功能。 培训计划摘要：未来拟议的培训研究项目将在科罗拉多州立大学博尔德分校完成。 生物化学技术系，位于美国多学科联盟BioFrontiers和生物技术学院大楼内。 我们将借鉴当地在心肌细胞和生物学、计算和生物学、染色质和生物学等领域的专业知识。 而转录医学法规则需要将其发展成为一名非常精通这一领域的独立医学医生兼科学家。 基因调控的机制。申请人的培训计划包括参加课程作业，接受个人培训。 指导，包括参加会议，做口头报告，学习和准备/提交手稿。