Chromatin architectural protein CTCF and regulation of skin development and tumorigenesis

染色质结构蛋白 CTCF 与皮肤发育和肿瘤发生的调节

基本信息

  • 批准号:
    9910061
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 50.31万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2017
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2017-02-15 至 2022-04-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

PROJECT SUMMARY The long-term goal of this project is to understand how epithelial stem cells in the skin establish distinct patterns of gene activation and silencing during their differentiation into specialized cell lineages and how these genetic programs are re-organized during skin regeneration and tumorigenesis. It is now widely accepted that in addition to signaling/transcription factor-mediated mechanisms, lineage- specific gene expression programs are also regulated epigenetically, i.e., via covalent DNA/histone modifications, as well as via spatial arrangements of the genes and their enhancer elements in the nucleus. Enhancer-promoter interactions serve as key determinants providing functional and structural frameworks for cell-specific transcription controlled by lineage-specific transcription factors. However, enhancer-promoter regulatory networks are substantially re-organized during cell transition towards malignancy, which include an aberrant exposure of gene promoters to inappropriate regulatory elements resulting in activation of pro- oncogenes, as well as in silencing of the tumor suppressor genes. CCCTC-binding factor (CTCF) serves as one of the core architectural proteins that plays a key role in the control the establishment and maintenance of enhancer/promoter interactions. CTCF gene is frequently mutated in cancers, and abrogation of its tumor-suppressor activity contributes to cancer development and progression. Our preliminary data demonstrate that CTCF is expressed in both mouse and human epidermis, while Krt14-driven Ctcf genetic ablation results in severe alterations in skin development, epidermal barrier maintenance, and tumorigenesis. In this multi-PI proposal, we will test a hypothesis that CTCF serves as critical determinant that control the establishment and maintenance of the enhancer-promoter regulatory networks in skin epithelial stem cells and their progenies during development and postnatal homeostasis, while alterations in such networks result in skin tumorigenesis. We will address this hypothesis via two Specific Aims: 1. Define the roles of CTCF in the establishment and maintenance of lineage-specific higher-order chromatin structure, enhancer-promoter regulatory networks and gene expression in distinct populations of skin epithelial cells during development and hair cycle-associated skin regeneration. 2. Delineate the roles for Ctcf in regulation of gene expression, 3D chromatin organization and enhancer-promoter interactions in the skin epithelial cells during tumorigenesis. This project will have a fundamental impact on our current knowledge of epigenetic mechanisms that regulate genome reorganization in stem cells during their differentiation and tumorigenesis and will promote the progress towards the development of novel epigenetic drugs as a new paradigm for treatment of skin disorders.
项目摘要 该项目的长期目标是了解皮肤中的上皮干细胞如何建立独特的 基因激活和沉默的模式在分化为专业细胞谱系的过程中以及如何分化 在皮肤再生和肿瘤发生过程中,遗传程序被重组。 现在已广泛接受的是,除了信号/转录因子介导的机制外,谱系 - 特定的基因表达程序也受到表观遗传的调节,即通过共价DNA/组蛋白 修饰以及通过基因的空间排列及其在细胞核中的增强子元素。 增强器促销相互作用是提供功能和结构框架的关键决定因素 用于细胞特异性转录,由谱系特异性转录因子控制。但是,增强剂促销 在细胞过渡到恶性肿瘤期间,监管网络基本上是重新组织的,其中包括 基因启动子的异常暴露于不适当的调节元件中,导致激活 癌基因以及沉默肿瘤抑制基因。 CCCTC结合因子(CTCF)是核心结构蛋白之一,在 控制增强子/启动子相互作用的建立和维护。 CTCF基因经常被突变 在癌症中,其肿瘤抑制活性的废除有助于癌症的发展和进展。 我们的初步数据表明,CTCF在小鼠和人类表皮中均表达,而 KRT14驱动的CTCF遗传消融导致皮肤发育的严重改变,表皮屏障 维持和肿瘤发生。在此多PI提案中,我们将测试CTCF至关重要的假设 控制增强器促销监管网络的建立和维护的决定因素 皮肤上皮干细胞及其在发育和产后稳态期间的后代,而改变 在这样的网络中,会导致皮肤肿瘤发生。我们将通过两个具体目的解决这一假设: 1。定义CTCF在谱系特异性高阶建立和维护中的作用 染色质结构,增强子促销调节网络和基因表达不同 发育过程中皮肤上皮细胞的种群和头发循环相关的皮肤再生。 2。描述CTCF在调节基因表达,3D染色质组织和 肿瘤发生过程中皮肤上皮细胞中增强子促进剂的相互作用。 该项目将对我们当前对表观遗传机制的了解有根本的影响 调节干细胞分化和肿瘤发生过程中的基因组重组,并将促进 发展新型表观遗传药物作为治疗皮肤疾病的新范式的进展。

项目成果

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