Epigenetic disruptions of PBDEs during neurodevelopment

项目摘要 神经发育障碍（NDD）正在以惊人的速度在我们的儿童中变得越来越普遍。 研究表明，NDDs可能是由于无意中早期生活暴露于环境毒素， 污染物，尤其是那些在室内大量存在的污染物。我们将研究其中一种神经发育的作用， 持久性环境污染物多溴联苯醚（PBDEs）。该系列 有机卤代阻燃剂用于全世界的几种家用产品，其中PBDE-47是 在我们的环境中最丰富。我们的中心假设是，长期接触PBDE-147及其 代谢物通过失调表观遗传机制破坏神经发育， 神经发育基因转录这个提议将通过三个具体目标来检验我们的中心假设。1. 我们将确定长期暴露于环境相关浓度的PBDE-47是否会改变大脑皮层 神经发育将在大鼠和人类神经元祖细胞中进行测试这种可能性的实验 细胞（rNPC和hNPC）在体外和大鼠体内分化。在这里，区分NPC将是长期的 暴露于环境相关剂量的PBDE-1047及其代谢物和神经元成熟将 随后进行电生理和功能评估。2.我们将确定全球机制， 由于长期接触多溴联苯醚47导致基因失调。全基因组分析（RNA-PCR、ChIP-PCR和CAP-PCR） Seq）将被用来测试我们的假设。3.我们将确定长期暴露于PBDE-147及其 代谢物改变BAF（哺乳动物SWI/SNF）染色质重塑复合物，从而改变染色质 神经发育过程中的基因转录。在这里，我们将测试长期的影响， 多溴联苯醚暴露对BAF复合物功能的影响，BAF复合物是一种染色质重塑复合物， 神经发育相关基因转录。我们将主要关注一个关键的BAF复杂组件， BAF 170（SMARCC2）。BAF 170是一个候选自闭症基因，是我们初步筛选PBDE-1的一个“命中”基因。 影响基因我们将使用基于RNAi和CRISPR-PCR的技术来了解BAF 170在以下方面的作用： 神经发育基因的表达，特别是当受到PBDE-B47暴露的挑战时。综合起来看， 这项研究将为驱动神经发育的表观遗传机制提供更深入的见解， 持久性环境污染物可能通过干扰这些机制来调节NDD风险。

Project summary  Neurodevelopmental disorders (NDDs) are becoming more prevalent among our children at an alarming rate.  Studies suggest that NDDs may be caused by inadvertent early-­life exposure to environmental toxins and  pollutants, especially the ones that are abundant indoors. We will study neurodevelopmental roles of one such  group of persistent environmental pollutants, polybrominated diphenyl ethers (PBDEs). This family of  organohalogenated flame-­retardants is used in several household products worldwide, with PBDE-­47 being the  most abundant in our environment. Our central hypothesis is that chronic exposure to PBDE-­47 and its  metabolites disrupts neurodevelopment by dysregulating epigenetic mechanisms that orchestrate  neurodevelopmental gene transcription. This proposal will test our central hypothesis via three specific aims. 1.  We will determine if chronic exposure to environmentally relevant concentrations of PBDE-­47 alters cortical  neurodevelopment. Experiments to test this possibility will be conducted in rat and human neuronal progenitor  cells (rNPCs and hNPCs) differentiating in vitro and in rats in vivo. Here, differentiating NPCs will be chronically  exposed to environmentally relevant doses of PBDE-­47 and its metabolites and neuronal maturation will be  subsequently assessed electro-­physiologically and functionally. 2. We will determine mechanisms of global  gene deregulation due to chronic exposure to PBDE47. Genome-­wide assays (RNA-­seq, ChIP-­seq, and CAP-­ seq) will be employed to test our hypothesis. 3. We will determine if chronic exposure to PBDE-­47 and its  metabolites alters the BAF (mammalian SWI/SNF) chromatin remodeling complex and thereby chromatin  permissiveness and gene transcription during neurodevelopment. Here, we will test the effects of chronic  PBDE exposure on functions of the BAF complex, a chromatin-­remodeling complex that is highly relevant for  neurodevelopment-­related gene transcription. We will mainly focus on a key BAF complex component,  BAF170 (SMARCC2). BAF170 is a candidate autism gene and is a ‘hit’ in our preliminary screening of PBDE-­ impacted genes. We will use RNAi and CRISPR-­based technology to understand the role of BAF170 in  neurodevelopmental gene expression, especially when challenged with PBDE-­47 exposure. Taken together,  this study will provide deeper insights into epigenetic mechanisms driving neurodevelopment and how  persistent environmental pollutants may modulate NDD risks by interfering with these mechanisms.