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.
系统性硬化症(SSC)患者死亡的主要原因是肺间质纤维化并发症。 疾病(ILD),但皮肤纤维化是导致皮肤疾病发病率的主要原因,导致皮肤毁容、皮肤疼痛和皮肤发痒。 皮肤、皮肤和关节的肌挛缩。肌成纤维细胞的大量出现和扩张是主要的促纤维细胞。 这是SSC皮肤病和ILD的主要发病机制之一。尽管关于肌成纤维细胞的许多研究尚不清楚。 生物学在体外和在小鼠实验性肝纤维化模型中发挥作用,主要是细胞来源和分子信号的驱动。 肌成纤维细胞在SSC中的分化仍然不清楚。我们最近发现了SSC的真皮细胞。 肌成纤维细胞,即SFRP2--表达肌成纤维细胞和前体细胞,以及与转录组改变相关的基因。 通过单细胞DNA-RNA--Sequence(scRNA--seq)进行测序,以便更好地了解的潜在驱动因素。 肌成纤维细胞的分化,我们将继续研究这些基因的表观遗传学和转录调控机制。 SSC中受调控的基因包括皮肤和肌成纤维细胞。我们已经使用SERVICE分析了我们的scRNA--seq和转录组数据。 开发了一种新的计算机辅助检测转录因子--转录因子相关基因的方法。 在对SSC和肌成纤维细胞的scRNA--seq分析中,我们已经看到了上调的调节子。 与以下三个TF相关的目标:Foxp1、NPDC1、IRF7、ZEB1、HSF1和FOSL2。这是R61第一阶段的第一个目标。 我们还将测试预测的转录因子在调节真皮成纤维细胞中的肌成纤维细胞和转录组蛋白中的重要作用。 来自SSC的原代成纤维细胞培养和健康的皮肤活检后,将不会再用DCAS9--CRISPRA或。 DCas9--CRISPRi和针对Foxp1、NPDC1、IRF7、ZEB1、HSF1或FOSL2的RNAs(SgRNAs)的单一指南。 Smad2或Smad3被认为是典型的转化生长因子β受调控的信号通路的阳性调控因子。然后,这些细胞将被激活。 用scRNA--seq进行分析,对文库进行制备、测序、测序,并对其进行基因突变分析。 表达(perturb--seq)。与未受干扰的细胞相比,受干扰的细胞表达的基因将不会更多。 细胞的表型与SFRP2+成纤维细胞相同。还提供了最新的技术进步。 通过DNA测序技术(scATAC--seq),对单个细胞进行转座酶检测,以获得染色质。 允许对DNA序列中的表观遗传学变化进行评估,以反映TTF对DNA具有约束力的区域。 第二个目标是在第一个R61阶段,我们将分析来自健康人皮肤和活组织检查的细胞中开放的染色质成分。 而在SSC中,通过SCATAC--seq.-seq.的患者的肌肉成纤维细胞中开放的染色质的高峰期将无法被进一步鉴定。 与在肌成纤维细胞中开放染色质基因相比,在成纤维细胞中表达SFRP2--我们将继续关注。 分析染色质和基因重塑的关系,如sFRP4基因和WIF1基因的重塑,可以显示SSC改变了基因的表达。 肌成纤维细胞。我们将在开放的染色质中将预测的转录因子结合位点与转录因子的调控机制关联起来。 肌成纤维细胞及其相关基因已在AIM 1中确定。在R33第一阶段中,我们将不再确认在第二阶段中的结果。 R61是一种通过过度表达转录因子来调节肌成纤维细胞基因的阶段,不能单独或以组合、基因和基因形式存在。 分析其对染色质重塑、肌成纤维细胞分化的影响。

项目成果

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