Regulation of Quiescence and Activation in Skin Stem Cells

项目摘要 这项提案的长期目标是了解干细胞的活性是如何被适当调节的， 维持体内平衡和组织完整性。毛囊是皮肤重要的附属器官之一， 范例来解决这个问题。毛囊经历生长（生长期）、破坏（退化期）和生长（退化期）的周期。 静止期（休止期）。毛囊干细胞（HFSC）位于毛囊的永久突起中， 一种叫做“凸起”的结构 隆突期HFSC周期不频繁。 在正常稳态期间，HFSC 仅在生长期的非常短暂的窗口中增殖，而在所有其它阶段中保持静止。 HFSC也可以在受伤时被激活。 HFSC活性的失调导致严重的 后果 例如，脱发（脱发）和伤口愈合延迟可能是由于效率低下而引起的。 激活HFSC。相反，皮肤肿瘤，如基底细胞癌和鳞状细胞癌， 可能来源于HFSC的过度增殖。 干细胞的活性受到其微环境的严重影响， 被称为niche。传统上，关于生态位的研究仅关注周围的异源细胞类型， 也就是说，细胞来自不同的谱系。最近的研究，包括我自己的研究， 细胞后代作为几种脊椎动物和无脊椎动物干细胞系统中的生态位组分，这是以前 不被承认。在毛囊中，我的初步研究已经确定了两个重要的后代群体， HFSC增殖的关键调节因子。这个提议要检验的中心假设是， 来自HFSC子代的调节对于HFSC的适当行为和活性是至关重要的。这一假设将是 在本授权申请中通过以下实验进行测试：1）检查由后代表达的候选信号2） 确定后代在生理和病理条件下对HFSC激活的贡献 和3）鉴定由后代表达的调节HFSC的新功能因子。候选信号将是 在指导阶段进行了调查。 动态条件下子代的贡献以及 后代表达的鉴定的新因子将在独立期期间被跟踪收集。成功 完成所提出的实验将大大促进我们对细胞类型的理解， 调节HFSC增殖和静止的信号。 此外，这些拟议的研究将有可能 导致与异常干细胞活性相关的皮肤病的治疗性治疗的发展。 我的长期职业目标是领导一个成功的，独立的，资金充足的实验室，研究皮肤和 干细胞生物学 到目前为止，我的研究生和博士后培训使我在技术上做好了准备， 在智力上发展严谨的研究项目。这个职业发展奖和我提议的研究 计划将进一步为我提供机会，扩大我在皮肤干细胞生物学和小鼠 遗传学，获得生物信息学分析，小鼠胚胎操作，基于图像分析的FACS分析的新技能， 并进一步积累经验，以提高指导，演讲和写作技巧，所有这些都是 这对我未来作为独立研究者的成功至关重要 在指导过程中生成的试剂 这也将有助于我在独立阶段建立自己的研究计划。 洛克菲勒大学 以及附近的两个机构，纪念斯隆-凯特琳癌症中心和威尔-康奈尔 医学院，提供了一个主要的研究环境和许多研讨会和课程，以支持我的 我的研究和职业发展。 我将与我的导师伊莱恩博士不断互动 Fuchs，我的合作者Olivier Elemento博士，以及皮肤和小鼠发育生物学社区， 纽约地区。 他们将一起评估我的进展，并提供批评或建议。 总而言之， 建议的学习和职业发展计划将更好地为我的独立科学生涯做好准备， 确保我实现我的长期职业目标，并允许我为我们的事业做出持续的贡献。 了解干细胞活性如何在体内平衡和疾病中调节。

Project Summary    The long­term objective of this proposal is to understand how the activity of stem cells is properly regulated to  maintain homeostasis and tissue integrity. The hair follicle, one of the important skin appendages, is an ideal  paradigm to address this problem. Hair follicles undergo cycles of growth (anagen), destruction (catagen) and  rest (telogen) phases. Hair follicle stem cells (HFSCs) are located in a permanent protrusion of the hair follicle,  a  structure  known  as  the  bulge.  HFSCs  in  the  bulge  cycle  infrequently.  During  normal  homeostasis,  HFSCs  only  proliferate  in  a  very  transient  window  of  anagen,  while  remaining  quiescent  during  all  the  other  phases.  HFSCs  can  also  become  activated  upon  wounding.  Dis­regulation  of  HFSC  activity  results  in  severe  consequences.  For  example,  alopecia  (hair  loss)  and  delayed  wound  healing  may  arise  from  inefficient  activation of HFSCs. On the contrary, skin tumors, such as basal cell carcinoma and squamous cell carcinoma,  can  derive  from  HFSC  hyper­proliferation.  Stem  cell  activity  is  heavily  influenced  by  their  microenvironment,  known as the niche. Traditionally, studies about niche focus only on the surrounding heterologous cell types,  i.e., cells originated from a different lineage. Recent studies including my own discover the importance of stem  cell progeny as niche components in several vertebrate and invertebrate stem cell systems, which is previously  unrecognized. In the hair follicle, my preliminary studies have identified two important progeny populations as  critical regulators for HFSC proliferation. The central hypothesis to be tested by this proposal is that feedback  regulation from HFSC progeny is crucial for the proper behavior and activity of HFSCs. This hypothesis will be  tested in this grant application by experiments that: 1) examine candidate signals expressed by the progeny 2)  determine the contributions of the progeny to HFSC activation under physiological and pathological conditions  and 3) identify novel functional factors expressed by the progeny to regulate HFSCs. Candidate signals will be  investigated  during  the  mentored  phase.  The  contributions  of  progeny  under  dynamic  conditions  as  well  as  identified novel factors expressed by the progeny will be follow­up during the independent phase. Successful  completion  of  the  proposed  experiments  will  significantly  advance  our  understanding  of  the  cell  types  and  signals  that  regulate  HFSC  proliferation  and  quiescence.  In  addition,  these  proposed  studies  will  potentially  lead to the development of therapeutic treatments for skin disorders associate with aberrant stem cell activity.           My long­term career goal is to lead a successful, independent, and well­funded laboratory studying skin and  stem  cell  biology.  My  graduate  and  postdoctoral  training  up  to  date  has  prepared  me  technically  and  intellectually to develop rigorous research projects. This career development award and my proposed research  plan  will  further  provide  me  with  opportunities  to  expand  my  knowledge  in  skin  stem  cell  biology  and  mouse  genetics, gain new skills in bioinformatics analysis, mouse embryo manipulation, image­based FACS analysis,  and  further  accumulate  experience  to  improve  mentoring,  presentation,  and  writing  skills,  all  of  which  are  critical  to  my  future  success  as  an  independent  researcher.  The  reagents  generated  during  the  mentored  phase  will  also  help  to  build  up  my  research  program  in  the  independent  phase.  The  Rockefeller  University  together  with  its  two  neighboring  institutions,  Memorial  Sloan­Kettering  Cancer  Center  and  Weill  Cornell  Medical  College,  offer  a  prime  research  environment  and  many  workshops  and  courses  to  support  my  proposed  research  and  my  career  development.  I  will  have  constant  interactions  with  my  mentor  Dr.  Elaine  Fuchs, my collaborator Dr. Olivier Elemento, and the skin and mouse developmental biology communities in  the  New  York  area.  Together  they  will  assess  my  progress  and  provide  critique  or  advice.  In  summary,  the  proposed  studies  and  career  development  plan  will  better  prepare  me  for  my  independent  scientific  career,  ensure that I achieve my long­term career goals, and allow me to make continuous contributions towards our  understanding of how stem cell activity is regulated in homeostasis and disease.