Discovery of diabetes-relevant ò cell enhancers through 4D enhancer mapping, integrative analysis, and large-scale CRISPRi perturbation screens
通过 4D 增强子图谱、综合分析和大规模 CRISPRi 扰动筛选发现糖尿病相关的 α 细胞增强子
基本信息
- 批准号:10264095
- 负责人:
- 金额:$ 69.81万
- 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:2020-09-15 至 2025-06-30
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:3-DimensionalATAC-seqAddressAdultAffectAtlasesB-Cell DevelopmentBeta CellBindingBiological AssayBiologyCRISPR interferenceCell LineCellsChromatinClinical DataComplexComputational BiologyComputing MethodologiesDataDevelopmentDiabetes MellitusDiseaseDisease ProgressionEmbryonic DevelopmentEnhancersEnsureGene ExpressionGenesGenetic TranscriptionGenomeGenomic approachGenomicsGoalsHealthHi-CHomeostasisHumanHuman DevelopmentHuman GeneticsIslet CellIslets of LangerhansKnowledgeLinkMachine LearningMalignant NeoplasmsMapsMediatingModelingMusMutationNamesNatural regenerationNon-Insulin-Dependent Diabetes MellitusNucleic Acid Regulatory SequencesPathogenicityPathologicPopulationPublishingRegulator GenesRegulatory ElementResearch PersonnelResolutionSomatic CellSpecificityTimeTissuesTranslatingUntranslated RNAUpdateValidationVariantWorkbasecausal variantcell typechromatin immunoprecipitationchromosome conformation captureclinical applicationdiabetes pathogenesisdiabeticgene functiongenome wide association studygenomic datahistone modificationhuman diseasehuman pluripotent stem cellimprovedinnovationinsightinterestisletmultidisciplinarynovelprecursor cellprogramspromoterscreeningtooltranscription factor
项目摘要
ABSTRACT
Enhancers are essential regulatory elements that together with transcription factors (TFs) instruct cell-
type specific transcriptional programs during development, tissue homeostasis and regeneration. Initiatives
such as the ENCODE project, revealed tens of thousands putative enhancers based on linear proximity, using
criteria like chromatin accessibility, TF binding, and histone modifications such as H3K27ac. However, a main
challenge of uncovering functional enhancers and assigning them to target genes lies in the complexity of the
3D chromatin organization, which can influence enhancer specificity and activity. Using an advanced
chromosome conformation capture assay, we recently captured the dynamic rewiring of 3D enhancer networks
during mouse somatic cell reprogramming and discovered multi-connected enhancers that we named “3D
enhancer hubs”. Here we extend the 3D mapping approach to human primary islets, and compare islets from
healthy and type 2 diabetes (T2D) donors to assemble a 4D atlas to capture the rewiring of 3D enhancer
network in disease progression. At the same time, we plan to compare the enhancer network in adult islets to
earlier stages of development by using human pluripotent stem cells (hPSCs) to generate early β cells and
their developmental precursors. Utilizing these 4D genomic data, we will computationally nominate core β-cell
specific enhancers relevant to β cell development, function, and T2D, and then interrogate these putative
enhancers through large-scale CRISPRi mediated perturbation screens using hPSC-β cells. Enhancers
identified from the screening effort will be further validated in an established human β cell line and primary
human islet β cells. This proposal addresses a critical gap in the 4DN initiative, that is how to translate 3D
genomics data into functional data with respect to gene expression in the context of human health. Successful
completion of our aims will establish a paradigm for the discovery and interrogation of functional enhancers
that instruct transcriptional programs specific to a cell type of interest, reveal unique insights into their
mechanisms of action, and identify enhancers with relevance to human development and disease. For
instance, uncovering functional enhancers could assist the identification of noncoding causal variants identified
in genome-wide association studies.
摘要
增强子是重要的调控元件,与转录因子(TF)一起指导细胞-
在发育、组织稳态和再生过程中的类型特异性转录程序。举措
例如ENCODE项目,揭示了数万个基于线性邻近的推定增强子,
标准如染色质可及性、TF结合和组蛋白修饰如H3 K27 ac。然而,主要
发现功能增强子并将其分配给靶基因的挑战在于,
3D染色质组织,这可以影响增强子的特异性和活性。使用高级
染色体构象捕获分析,我们最近捕获了3D增强子网络的动态重新布线
在小鼠体细胞重编程过程中发现了多连接的增强子,我们将其命名为“3D
增强器集线器”。在这里,我们将3D映射方法扩展到人类初级胰岛,并比较来自
健康和2型糖尿病(T2 D)供体组装4D图谱,以捕获3D增强子的重新布线
疾病进展的网络。同时,我们计划将成人胰岛中的增强子网络与
通过使用人多能干细胞(hPSC)产生早期β细胞,
他们的发展先驱。利用这些4D基因组数据,我们将计算提名核心β细胞
与β细胞发育、功能和T2 D相关的特异性增强子,然后询问这些推定的增强子。
使用hPSC-β细胞通过大规模CRISPRi介导的扰动筛选获得增强子。增强剂
从筛选工作中鉴定出的基因将在已建立的人β细胞系和原代细胞中进一步验证
人胰岛β细胞该提案解决了4DN计划中的一个关键差距,即如何将3D
基因组学数据转化为人类健康背景下基因表达的功能数据。成功
我们目标的完成将为功能增强剂的发现和研究建立一个范例
指导特定于感兴趣的细胞类型的转录程序,揭示了对它们的独特见解。
作用机制,并确定与人类发育和疾病相关的增强剂。为
例如,发现功能增强子可以帮助识别非编码的因果变异,
在全基因组关联研究中。
项目成果
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