Open chromatin and transcriptional regulation of dermal myofibroblasts in SSc

SSc 中真皮肌成纤维细胞的开放染色质和转录调控

基本信息

项目摘要

The leading cause of death in systemic sclerosis (SSc) is the fibrotic complication, interstitial lung  disease  (ILD),  but  skin  fibrosis  is  a  leading  cause  for  morbidity  resulting  in  disfiguring,  painful  and  itchy  skin, and joint contractures. The emergence and expansion of myofibroblasts as the main profibrotic cell  underlies  the  pathogenesis  of  both  SSc  skin  and  ILD.  Although  much  is  understood  about  myofibroblast  biology  in  vitro  and  in  murine  models  of  fibrosis,  the  cell  source  and  molecular  signals  driving  myofibroblast  differentiation  in  SSc  remain  obscure.  We  have  recently  identified  SSc  dermal  myofibroblasts,  SFRP2-­‐expressing  myofibroblast  progenitors  and  the  associated  altered  transcriptome  by  single  cell  RNA-­‐sequencing  (scRNA-­‐seq).  In  order  to  understand  the  underlying  drivers  of  myofibroblast  differentiation  we  will  examine  the  epigenetic  and  transcriptional  control  of  genes  regulated in SSc skin myofibroblasts. We have analyzed our scRNA-­‐seq transcriptome data using SCENIC,  a  computational  method  developed  for  detecting  transcription  factor  (TF)-­‐associated  regulatory  networks  (regulons).  In  scRNA-­‐seq  analysis  of  SSc  myofibroblasts,  we  saw  upregulated  regulons  associated  with  the  TFs:  FOXP1,  NPDC1,  IRF7,  ZEB1,  HSF1  and  FOSL2.  In  the  first  aim  of  the  R61  phase  we  will  test  the  role  of  predicted  TFs  in  regulating  myofibroblast  transcriptome  in  dermal  fibroblasts.  Primary fibroblast cultures from SSc and healthy skin biopsies will be transfected with dCas9-­‐CRISPRa or  dCas9-­‐CRISPRi and single guide RNAs (sgRNAs) targeting FOXP1, NPDC1, IRF7, ZEB1, HSF1 or FOSL2, or  SMAD2  or  SMAD3  as  positive  controls  for  the  canonical  TGFβ  regulated  pathway.  Cells  will  then  be  analyzed  by  scRNA-­‐seq,  cDNA  libraries  prepared,  sequenced,  and  analyzed  for  alterations  in  gene  expression  (PERTURB-­‐seq).  Gene  expression  by  TF-­‐perturbed  cells  will  be  compared  to  unperturbed  cells  of  the  same  SFRP2+  fibroblast  phenotype.  Recent  technological  advances  have  also  provided  methodology  for  single  cell  Assay  for  Transposase  Accessible  Chromatin  by  Sequencing  (scATAC-­‐seq)  permitting  assessment  of  epigenetic  changes  in  DNA  that  reflect  regions  of  TF  binding  to  DNA.  In  the  second  aim  of  the  R61  phase  we  will  analyze  open  chromatin  in  cells  from  skin  biopsies  from  healthy  and  SSc  patients  by  scATAC-­‐seq.  Peaks  of  open  chromatin  in  myofibroblasts  will  be  identified  and  compared to open chromatin in myofibroblast progenitor, SFRP2-­‐expressing fibroblasts. We will focus on  analyzing  chromatin  remodeling  of  genes,  such  as  SFRP4  and  WIF1  that  show  altered  expression  by  SSc  myofibroblasts.  We  will  correlate  predicted  TF  binding  sites  in  open  chromatin  with  TF  regulation  of  myofibroblast  associated  genes  identified  in  aim  1.    In  the  R33  phase  we  will  confirm  the  results  in  the  R61  phase  by  overexpressing  TFs  shown  to  regulate  myofibroblast  genes,  singly  or  in  combination,  and  analyzing the effects on chromatin remodeling, and on myofibroblast differentiation.
全身性硬化症(SSC)死亡的主要原因是纤维化并发症,间质肺 疾病(ILD),但皮肤纤维化是发病率的主要原因,导致毁容,痛苦和发痒 皮肤和关节染色。肌纤维细胞的出现和膨胀 基础是SSC皮肤和ILD的发病机理。虽然对肌纤维细胞有很多了解 在体外和纤维化的鼠模型中生物学,细胞源和分子信号驱动 SSC中的肌纤维细胞分化仍然晦涩。我们最近确定了SSC真皮 肌纤维细胞,表达SFRP2的肌纤维细胞祖细胞和相关的转录组 通过单细胞RNA--测序(SCRNA-- seq)。为了了解 肌纤维细胞分化我们将检查基因的表观遗传和转录控制 在SSC皮肤肌纤维细胞中调节。我们已经使用Scenic, 开发用于检测转录因子(TF)的计算方法 - 相关调节 网络(条件)。在SSC肌纤维细胞的SCRNA - - SEQ分析中,我们看到了更新的调节 与TFS:FOXP1,NPDC1,IRF7,ZEB1,HSF1和FOSL2相关。在R61阶段的第一个目标中 我们将测试预测的TF在皮肤成纤维细胞中肌纤维细胞转录组中的作用。 来自SSC和健康皮肤活检的原发性成纤维细胞培养物将用DCAS9-Crispra或Crispra或 DCAS9 - Crispri和单个指南RNA(SGRNA)针对FOXP1,NPDC1,IRF7,ZEB1,HSF1或FOSL2或FOSL2或 SMAD2或SMAD3作为规范TGFβ调节途径的阳性对照。然后,细胞将是 由SCRNA-- SEQ分析,对基因的改变,测序和分析的cDNA文库进行了分析 表达式(worturb-seq)。将TF - - 扰动细胞的基因表达与不受干扰的细胞进行比较 相同SFRP2+成纤维细胞表型的细胞。最近的技术进步也提供了 单细胞测定方法,用于通过测序(SCATAC --- seq)进行转座酶访问的染色质 允许评估反映TF与DNA结合区域的DNA表观遗传变化。在 R61期的第二个目标我们将分析健康活检中皮肤活检细胞中的开放染色质 SCATAC和SSC患者 - seq。将鉴定出肌纤维细胞中开放染色质的峰 与表达成纤维细胞的SFRP2中的肌纤维细胞祖细胞中的开放染色质相比。我们将重点关注 基因的分析仪染色质重塑,例如SFRP4和WIF1,显示出SSC的表达改变 肌纤维细胞。我们将在开放染色质中将预测的TF结合位点与TF调节相关联 在AIM 1中鉴定的肌纤维细胞相关基因。在R33阶段,我们将确认结果 R61阶段通过表达的过表达TF,以调节肌纤维细胞基因,单独或组合,并且 分析对染色质重塑的影响以及对肌纤维细胞分化的影响。

项目成果

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