Conducting Airway Cellular Targets Required for Complementation of CF Lung Disease

传导补充 CF 肺病所需的气道细胞靶点

基本信息

  • 批准号:
    10677622
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 48.65万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2020-09-01 至 2025-07-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Project-3 Summary Complexities in CFTR-expressing epithelial cells of the conducting human and mouse airway were recently revealed by single-cell RNA sequencing (scRNAseq). These studies identified the ionocyte, an infrequent cell type that expresses the majority of CFTR in the proximal airway and submucosal gland ducts. They also showed that the repertoire of ion channels in the ionocyte is uniquely suited to potentially regulate airway pH. However, whether only ionocytes contribute to innate immunity and clearance in the airways remains to be determined; it is possible that other airway cell types, such as ciliated cells, express CFTR at levels that are below the detection limits of scRNAseq yet are functionally important in the pathogenesis of CF lung disease. Deeper knowledge of CFTR cellular physiology in the airway will greatly enhance our understanding of CF pathogenesis, while also informing the cellular targets for gene therapy of CF lung disease. The proposed project will focus on understanding the cellular functions of CFTR in ionocytes and ciliated cells, and whether CFTR expression in each of these cell types is required or sufficient to prevent CF lung disease. Our hypotheses will be tested in genetic ferret models, a species that more accurately reflects human CF lung disease than mice. These studies are possible because of the creation of several new genetic ferret models that can conditionally (in specific cell types) inactivate CFTR expression on a wild-type (WT) background or reactivate CFTR expression on a CF background. Both of these strategies use CreERT2 technologies and enable lineage tracing of the targeted cells in vivo using a fluorescent Cre-reporter. Additionally, we propose to generate a new genetic ferret model in which CFTR is overexpressed specifically in ciliated cells, to test whether high-level ectopic expression therein is sufficient to protect from CF lung disease. Key goals of this project are to: 1) define the contributions of CFTR expression in ionocytes and ciliated cells to CF lung pathogenesis, 2) determine the half-lives of ionocytes and ciliated cells in the CF and non-CF airway, and 3) determine the extent to which CFTR expression in ionocytes and ciliated cells contributes to the regulation of disease-relevant features of the airway surface liquid (ASL) (i.e. volume, antibacterial activity, chloride and bicarbonate transport, and pH) and to mucociliary clearance. Each of these goals draws on the unique ability of the Engelhardt laboratory to genetically engineer transgenic ferrets to temporally regulate CFTR expression in specific cell types and to test these models for CF-relevant functional endpoints in vivo and in vitro. The proposed study is the first to use state-of-art functional genetic approaches in a non-mouse species to tackle difficult cell biology questions relating to CFTR function in the airway and CF lung pathogenesis. This research is expected to significantly enhance the field's ability to develop effective genetic therapies for CF lung disease.
项目-3摘要 最近,人类和小鼠气道的表达CFTR表达上皮细胞的复杂性是 通过单细胞RNA测序(SCRNASEQ)揭示。这些研究确定了离子细胞,一个不经常的细胞 在近端气道和粘膜下腺管道中表达大多数CFTR的类型。他们也是 表明离子细胞中离子通道的曲目非常适合潜在地调节气道pH。 但是,只有离子细胞是否有助于气道中的先天免疫和清除尚待 决定;其他气道细胞类型(例如纤毛细胞)可能以CFTR的水平表达CFTR 在SCRNASEQ的检测限制下,但在CF肺部疾病的发病机理中在功能上很重要。 对气道中CFTR细胞生理学的更深入了解将大大增强我们对CF的理解 发病机理,同时也告知了CF肺疾病基因治疗的细胞靶标。提议 项目将集中于了解离子细胞和纤毛细胞中CFTR的细胞功能,以及是否是否 每种细胞类型中的CFTR表达都是需要或足以预防CF肺部疾病的。我们的 假设将在遗传雪貂模型中进行测试,该物种更准确地反映了人类CF肺 疾病比小鼠。这些研究是可能的,因为创建了几种新的遗传雪貂模型 在野生型(WT)背景或 在CF背景上重新激活CFTR表达。这两种策略都使用Creert2技术和 使用荧光Cre-Reporter在体内启用靶向细胞的谱系追踪。此外,我们建议 生成一个新的遗传雪貂模型,其中CFTR在纤毛细胞中特异性表达,以测试 其中的高级异位表达是否足以保护CF肺部疾病。关键目标 项目为:1)定义离子细胞和纤毛细胞中CFTR表达对CF肺的贡献 发病机理2)确定CF和非CF气道中离子细胞和纤毛细胞的半衰期,3) 确定CFTR在离子细胞和纤毛细胞中的表达程度有助于调节 气道表面液体(ASL)的疾病相关特征(即体积,抗菌活性,氯化物和 碳酸氢盐运输和pH)和粘膜清除率。这些目标都取决于 恩格哈特(Engelhardt 特定的细胞类型,并在体内和体外测试这些模型的CF相关功能终点。这 拟议的研究是第一个在非小鼠物种中使用最先进的功能遗传方法来解决的。 与气道和CF肺发病机理中CFTR功能有关的困难细胞生物学问题。这项研究 预计将显着增强该领域开发有效的CF肺疾病基因疗法的能力。

项目成果

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