Roles of allele-specific chromatin interactions in transcription regulation during development

等位基因特异性染色质相互作用在发育过程转录调控中的作用

基本信息

  • 批准号:
    10761821
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 24.59万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2023-02-14 至 2026-01-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

PROJECT SUMMARY / ABSTRACT A fundamental challenge in developmental biology is to dissect how one multipotent cell differentiates into a specific cell type. Most studies are limited to 1-dimensional genomic data that measure transcription level (RNA- seq), protein binding intensity (ChIP-seq), and chromatin accessibility (ATAC-seq). These datasets lack direct evidence of communication between various regulatory elements that accommodate gene regulation and differentiation. To solve this problem, we will leverage cutting-edge 3D genome technologies, ChIA-PET and ChIA-Drop. By enriching for specific protein factors CCCTC binding factor (CTCF) and RNA Polymerase II (RNAPII), one can interrogate chromatin architecture and gene regulation in aggregated bulk cells (ChIA-PET) and in a single molecule (ChIA-Drop). We will exploit the highly dissimilar genomes in F1 hybrid mouse strains derived from mating a laboratory mouse and a wild mouse to assign high-throughput sequencing reads to parental origin, thereby unraveling the allele-specific gene expression and chromatin interactions. We propose to: (i) determine whether allele-specific interactions between regulatory elements and methylation status in mouse embryonic stem cells (mESCs) drive allele-specific gene expression, (ii) quantify cell-to-cell heterogeneity of multiplex chromatin interactions. We will subsequently differentiate mESCs into three lineage-specific precursors ectoderm, mesoderm, and endoderm in vitro. By performing ChIA-PET, we can identify which, if any, of the pre-established interactions among enhancers, promoters, and CTCF persist or vanish after this process. ChIA-Drop data will potentially capture the dynamics therein. Throughout the K99 and R00 phases, we will continue to develop computational algorithms that can: (i) quantitatively assess reproducibility of replicate experiments, (ii) identify statistically significant differential interactions, and (iii) trace and quantify single- molecule dynamics and heterogeneity of allele-specific multiplex interactions. To succeed in these aims, the investigator will expand her knowledge domain to developmental biology and receive additional hands-on experimental training in 3D genome mapping technologies and mouse embryonic stem cell culture, harvest, and differentiation techniques. Together, these genome-wide communication links between regulatory elements and architectural protein will provide insights into gene regulation and genomic imprinting mechanisms during gastrulation.
项目摘要 /摘要 发育生物学的一个基本挑战是剖析一个多能细胞如何区分 特定的细胞类型。大多数研究仅限于测量转录水平的一维基因组数据(RNA- Seq),蛋白质结合强度(CHIP-SEQ)和染色质可及性(ATAC-SEQ)。这些数据集缺乏直接 适应基因调节和 分化。为了解决这个问题,我们将利用尖端的3D基因组技术,chia-pet和 chia-drop。通过丰富特定蛋白质因子CCCTC结合因子(CTCF)和RNA聚合酶II (RNAPII),可以询问聚集的大量细胞中的染色质结构和基因调节(CHIA-PET) 和单个分子(chia-drop)。我们将利用F1混合小鼠菌株中高度不同的基因组 源自交配实验室鼠标和野生鼠标以分配高通量测序的读数 父母来源,从而揭示了等位基因特异性基因表达和染色质相互作用。我们建议 至:(i)确定调节元件和甲基化状态之间的等位基因特异性相互作用是否在 小鼠胚胎干细胞(MESC)驱动等位基因特异性基因表达,(ii)量化细胞到细胞异质性 多重染色质相互作用。随后,我们将MESC分为三个谱系特异性 前体外胚层,中胚层和内胚层体外。通过执行chia-pet,我们可以确定哪个(如果有) 在此过程之后,增强子,启动子和CTCF之间的预先建立的相互作用持续或消失。 CHIA-DROP数据可能会捕获其中的动力学。在整个K99和R00阶段,我们将 继续开发可以:(i)定量评估复制的可重复性的计算算法 实验,(ii)确定具有统计学上显着的差异相互作用,(iii)跟踪并量化单次差异相互作用 等位基因特异性多重相互作用的分子动力学和异质性。为了取得成功, 研究人员将将她的知识领域扩展到发育生物学,并获得额外的动手 3D基因组映射技术和小鼠胚胎干细胞培养的实验训练,收获和 分化技术。共同,这些整个基因组的沟通联系在监管元素和 建筑蛋白将提供有关基因调节和基因组印迹机制的见解 胃。

项目成果

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