Microbiota-dependent early life programming of gastrointestinal motility
肠道蠕动的微生物群依赖性早期生命编程
基本信息
- 批准号:10612414
- 负责人:
- 金额:$ 5.27万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2021
- 资助国家:美国
- 起止时间:2021-04-01 至 2025-03-31
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:16S ribosomal RNA sequencingATAC-seqAdultAffectAgeAmericanAnimal ExperimentationAnimal ModelAnimalsAntibioticsBiological AssayButyratesCellsChicagoChildhoodChronicClinicClinicalColonCoupledDataDevelopmentDiagnosisDietDigestive System DisordersEnteralEnteric Nervous SystemExposure toExtracellular MatrixFecesFellowshipFutureGangliaGastroenteritisGastroenterologistGastrointestinal MotilityGastrointestinal TransitGastrointestinal tract structureGene ExpressionGerm-FreeGnotobioticHealthHormonesImageImpairmentInterventionIntestinesInvestigationIrritable Bowel SyndromeLaboratoriesLifeManometryMaternal DeprivationMediatingMicrobeMorphologyMultimodal ImagingMusNeurogliaNeuronsPathway interactionsPatientsPatternPhylogenetic AnalysisPhysiciansPhysiologicalPilot ProjectsPopulationPreventionProbioticsProcessQuality of lifeRegulationResearchResistanceResourcesRisk FactorsRoleScientistSeveritiesSignal TransductionStarchStimulusStressStructureSupplementationSynapsesTimeTissuesTrainingUniversitiesWNT Signaling Pathwaycell motilitycell typecomparativecostcritical perioddata integrationdysbiosiseffective therapyepigenetic regulationepigenomicsfecal transplantationgastrointestinalgut microbesgut microbiotahuman old age (65+)imaging approachimaging modalityimprintimprovedin vivoinnovationinsightmicrobialmicrobiomemicrobiotamotility disordermouse modelnervous system developmentnovelpostnatal developmentresearch facilitysingle nucleus RNA-sequencingstressorsynaptogenesistranscriptome sequencingtranscriptomics
项目摘要
PROJECT SUMMARY/ABSTRACT
This project investigates the role of the early life gut microbiota in the development of the enteric nervous
system, which controls gastrointestinal (GI) motility. As the most common reason for referral to a
gastroenterologist, chronic motility disorders such as irritable bowel syndrome (IBS) cost the nation an
estimated $30 billion annually and reduce quality of life for millions of Americans. Though motility disorders are
generally first diagnosed and then managed in adulthood, retrospective patient accounts and several other
lines of evidence implicate early life microbiota-enteric nervous system (ENS) interactions in adult dysmotility.
Despite this evidence, however, no studies to date have mechanistically interrogated how disruptions to the gut
microbiota during early life influence the severity and reversibility of chronic dysmotility. However, our
preliminary data suggest the presence of a critical window of postnatal development, in which metabolites
produced by gut microbes affect Wnt signaling extracellular matrix (ECM) structures in the adult ENS and have
long-term implications for host motility. These findings lead us to hypothesize that 1) disruption or depletion of
gut microbes during a critical window of postnatal development impairs adult GI motility, and 2) these effects
are partially mediated by butyrate-induced epigenetic regulation of Wnt signaling affecting ENS maturation and
are limited after critical period closure by perineuronal net (PNN)-like ECM structures.
We will interrogate these hypotheses using controlled microbial manipulations at several developmental stages
in gnotobiotic and conventionally raised mouse models, coupled with functional motility assays, innovative
multiscale imaging modalities, and single cell transcriptomics and epigenomics. The proposed studies form an
integral part of a fellowship training plan, which takes advantage of state-of-the-art research facilities at the
University of Chicago Digestive Diseases Research Core Center, as well as the expertise of collaborators at
the University of Chicago, Argonne National Laboratories, and the Mayo Clinic. The collective resources and
expertise to be utilized in this training plan not only will be instrumental for the applicant's development as a
future physician-scientist, but will also provide insights into the fundamental significance of environmental
disturbances during development, and the relevance of such disturbances for GI health. We anticipate that
imprinting processes early in life may be reprogrammed by restoring key developmental factors, depending on
the age at which intervention occurs. Such insights will be critical for the prevention of motility disorders and for
developing effective therapies for the millions of patients whose quality of life is harmed by chronic dysmotility.
项目摘要/摘要
该项目研究了早期生活肠道微生物群在肠神经发育中的作用,
系统,其控制胃肠(GI)运动。最常见的原因是转介到
胃肠病学家,慢性动力障碍,如肠易激综合征(IBS)的成本国家和
估计每年300亿美元,并降低数百万美国人的生活质量。虽然运动障碍是
通常首先诊断,然后在成年后进行管理,回顾性患者报告和其他几个
一系列证据表明,在成年运动障碍中,早期生活微生物-肠神经系统(ENS)相互作用。
然而,尽管有这些证据,迄今为止还没有研究从机制上探讨肠道的破坏是如何发生的。
在生命早期的微生物群影响慢性动力障碍的严重性和可逆性。但我们的
初步数据表明,存在一个关键的窗口出生后的发展,其中代谢物
影响成年ENS中Wnt信号传导细胞外基质(ECM)结构,
对宿主活力的长期影响。这些发现使我们假设:1)破坏或耗尽
在出生后发育的关键窗口期,肠道微生物会损害成年人的胃肠道运动,2)这些影响
部分由丁酸盐诱导的影响ENS成熟的Wnt信号传导的表观遗传调节介导,
在关键期关闭后受到神经元周网(PNN)样ECM结构的限制。
我们将在几个发育阶段使用受控的微生物操作来询问这些假设
在gnotobiotic和常规饲养的小鼠模型中,结合功能性运动测定,
多尺度成像模式,以及单细胞转录组学和表观基因组学。拟议的研究构成一个
这是研究金培训计划的一个组成部分,该计划利用了研究所最先进的研究设施,
芝加哥大学消化疾病研究核心中心,以及合作者的专业知识,
芝加哥大学、阿贡国家实验室和马约诊所。集体资源和
在本培训计划中使用的专业知识不仅有助于申请人作为一个
未来的物理学家,科学家,但也将提供洞察环境的根本意义,
发展过程中的干扰,以及这些干扰对GI健康的相关性。我们预计
生命早期的印记过程可能通过恢复关键的发育因素而重新编程,这取决于
干预发生的年龄。这些见解对于预防运动障碍和
为数百万生活质量因慢性运动障碍而受到损害的患者开发有效的疗法。
项目成果
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