From intra to intercellular regulatory networks that define cell type identity

从细胞内到细胞间的调节网络定义细胞类型身份

• 批准号: 10238081
• 负责人: Patrick Cahan
• 金额: $ 40.94万
• 依托单位: JOHNS HOPKINS UNIVERSITY
• 依托单位国家: 美国
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 美国
• 起止时间: 2017-08-01 至 2022-09-14
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://reporter.nih.gov/project-details/10238081
• 关键词: Address; Adult; Blood; Cartilage; Cell Transplantation; Cells; Chondrocytes; Complex; Computer software; Computing Methodologies; Data; Development; Disease model; Drug Screening; Engineering; Fibroblasts; Funding; Generations; Harvest; Heart; Lead; Mesoderm; Methods; Mus; Pluripotent Stem Cells; Population; Regenerative Medicine; Regulator Genes; Research; Resolution; Signal Transduction; Somatic Cell; Synovial joint; System; Tissues; Work; algorithm development; analytical tool; base; bone; cell type; improved; in vivo; novel; pluripotency; programs; single-cell RNA sequencing; virtual

Project Abstract      Cell fate engineering, for example the directed differentiation of pluripotent stem cells or  the direct conversion among somatic cell types, holds great promise to improve disease  modeling,  drug  screening,  and  to  lead  to  regenerative  medicine  therapies.  I  recently  developed  a  novel  analytical  tool,  CellNet,  which  assesses  how  well  engineered  cells  approach their in vivo target cell types based on cell and tissue specific gene regulatory  networks  (GRNs).  By  applying  CellNet  to  all  cell  fate  engineering  studies  for  which  compatible  data  was  available,  I  discovered  several  issues  that  were  common  to  virtually all methods and target lineages. First, I found that the only robustly faithful fate  engineering was that of reprogramming to pluripotency. Second, I found that the GRN of  the  starting  cell  type  (e.g.  pluripotent  stem  cells  in  cases  of  directed  differentiation  or  often  fibroblasts  in  cases  of  direct  conversion)  is  often  partially  retained  in  engineered  cells. Third, I found that GRNs of alternate lineages (i.e. those not associated with the  starting  cell  type  or  the  target  lineage)  are  frequently  established  in  engineered  cells.  Finally,  I  found  that  the  complex  signaling  milieu  of  the  mouse  microenvironment  to  which engineered cells are transplanted potently represses alternate/aberrant lineages  and  induces  the  target  cell  type  GRNs  in  directly  converted  cells.  These  observations  have  revealed  several  fundamental  barriers  to  faithful  cell  fate  engineering  and  they  define  opportunities  for  progress.  My  current  research  program,  which  I  seek  to  fund  through  this  MIRA  opportunity,  is  to  develop  novel  theoretical  and  computational  methods to define cell type identity from single cell RNA-­Seq (scRNA-­Seq) data with an  emphasis on developmental cell types that emerge during mesoderm development and  subsequent  commitment  to  chondrocyte  fate.  As  part  of  this  work,  we  will  generate  scRNA-­Seq  data  of  the  developing  and  adult  synovial  joint,  we  will  harvest  and  incorporate  publicly  available  and  collaborator-­provided  scRNA-­Seq  data  of  other  lineages  to  make  a  generally  applicable  platform  for  assessing  cell  type  identity  at  the  single  cell  level  of  resolution,  and  we  will  make  the  resulting  methods,  software,  and  data freely available. Finally, we will use the system to determine the extent to which the  cell  types  and  compositions  of  directly  differentiating  mouse  ESCs  match  their  in  vivo  counterparts.

项目摘要： -- -- 细胞命运与工程学，例如，该项目指导了多能干细胞的定向分化。 这一直接转化是在体细胞亚型之间进行的，它对进一步改善这种疾病有着巨大的前景。 建模、药物筛选、测试和测试，以引导人们找到再生医学和疗法。我最近说。 开发了一种全新的分析测试工具-CellNet，它可以评估设计得有多好的细胞。 根据细胞类型和组织特异性基因的调控机制，探讨他们在体内的研究方向。 网络技术(GRNS)。通过应用CellNet技术来解决所有这些细胞的命运和工程技术研究的问题。 没有兼容的数据，但我发现了几个问题，这些问题对我们来说是很常见的。 几乎所有的方法都是针对他们的血统的。首先，我发现他们只有一个强大的忠诚的命运。 工程学认为，重新编程的关键是实现多能性。其次，我发现这是世界上最大的GRN。 最初的干细胞类型(例如，多能干细胞)在某些情况下是定向定向分化的。 通常是成纤维细胞在某些情况下(直接转化)，通常是部分保留在人工骨中。 细胞。第三，我发现GRN包括两个替代的GRN谱系(即那些与此无关的GRN)。 从细胞类型(或目标(世系))开始，在经过基因工程的细胞中经常建立新的基因。 最后，我发现，小鼠的微环境受到了影响，这是一个复杂的信号环境。 这些经过工程处理的干细胞被有效地移植到一起，从而抑制了另一种/异常的基因谱系。 并诱导出新的靶细胞类型--GRN，直接从转化的细胞中分离出来。 他们揭示了几个根本性的障碍，这些障碍阻碍了忠诚的细胞、命运和工程技术的发展。 确定取得进展的机会。根据我目前的研究计划，我将寻求资金支持。 通过这次Mira的机会，我们有望开发出一种新颖的理论和计算技术。 从单个核糖核酸序列(scRNA-seq)数据中确定细胞类型和身份的方法。 重点介绍了在中胚层发育过程中出现的各种发育类型的细胞。 随之而来的是对软骨细胞命运的承诺。作为这项工作的一部分，我们将不会产生。 ScRNA-èSeq提供了发育中儿童和成人滑膜关节的数据，我们将继续收获这些数据和数据。 将公开提供的数据和合作者提供的scRNA-seq数据合并到其他数据中。 世系希望使其成为一个普遍适用的平台，用于在未来评估不同的小区类型和身份。 单细胞水平的分辨率、软件和软件，我们将继续创造出新的方法、软件、软件和软件。 数据是可以自由获得的。最后，我们将不会使用该系统来确定在多大程度上影响了这一点。 直接分化的小鼠胚胎干细胞的细胞类型和组成特征与它们在体内的特征相匹配。 对口单位。