衰老过程中增强子调控细胞外基质(ECM)重塑影响表皮干细胞稳态的分子机制研究
批准号:
32070792
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
周家健
依托单位:
学科分类:
细胞外微环境与细胞间通讯
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
周家健
中文摘要
表皮干细胞的再生能力随年龄增长而不断下降,从而引起皮肤老化和异常。增强子是染色质开放、富集H3K27乙酰化(H3K27ac)修饰的远端非编码DNA元件,能够加强特定基因表达,参与调控表皮干细胞增殖和分化。我们前期研究表明:在小鼠老化皮肤的表皮干细胞中,与基底膜相关的ECM基因表达显著下降,其远端调控增强子的染色质开放性减弱,表皮干细胞类群发生了明显改变。由此提出假想:衰老过程中ECM基因邻近增强子活性减弱,抑制ECM基因表达,引起ECM重塑,影响表皮干细胞与基底膜的互作及其稳态。本项目拟整合多组学数据,挖掘转录因子(TFs)/增强子/ECM基因转录调控互作网络的关键因子;通过分子、动物实验,验证ECM基因邻近增强子的开放性和活性减弱调控ECM基因表达,引起ECM重塑影响表皮干细胞稳态的分子机制。本项目将为进一步揭示皮肤组织稳态维持和衰老的机制并寻找潜在抗衰老药物提供理论依据。
英文摘要
The regeneration ability of epidermal stem cells (EpdSCs) gradually declines with age, eventually leading to the age-related decline of skin functions. Enhancers are non-coding DNA regulatory elements with high chromatin accessibility and histone H3K27 acetylation (H3K27ac). They play an essential role in EpdSCs proliferation and differentiation by fine-tuning the expression of the flanking genes. Our preliminary analyses demonstrated that the expression of ECM/basement membrane genes is down-regulated in EpdSCs. Besides, we observed the decreased chromatin openness of enhancers and the dramatic changes of the epidermal stem cell population in aged skin. Therefore, we hypothesis that the inactivation of enhancers might decrease the expression of ECM genes and trigger ECM remodeling, and eventually leads to the disruption of EpdSCs-ECM interaction and functional decline of EpdSCs in aged skin. Our study intends to prioritize critical regulators in the gene regulatory network involved transcription factors (TFs), enhancers and ECM genes in EpdSCs with age through integrating multi-omics datasets. Furthermore, we will experimentally validate the molecular mechanism that the openness and activity of ECM genes nearby enhancer disrupt epidermal stem cell homeostasis through ECM remodeling in aged skin. Thus, our study will lay an important foundation for further mechanistic investigations of skin homeostasis maintenance aging, and accelerating the anti-aging drug discovery.
表皮干细胞的生理功能随年龄增长而不断下降,是皮肤屏障功能下降的主要原因。增强子是富集H3K27乙酰化(H3K27ac)修饰的远端非编码DNA元件,在调控表皮干细胞增殖和分化过程发挥重要作用。本项目整合多组学数据,挖掘转录因子(TFs)/增强子/细胞外基质(ECM)相关基因转录调控互作网络的关键因子,明确ECM基因邻近增强子的开放性和活性减弱调控ECM基因表达,ECM重塑,影响表皮干细胞稳态的分子机制。在项目资助期间,通过流式细胞分选技术收集3、12、24月龄小鼠表皮干细胞(EpiSC),获取H3K27ac ChIP-seq和与之配对的RNA-seq数据;利用ROSE算法在基因组水平鉴定EpiSC的增强子(TE)和超级增强子(SE)元件,明确衰老过程中EpiSC的增强子元件活性逐渐增强,调控关键转录因子和ECM基因表达。整合H3K27ac ChIP-seq、ATAC-seq和RNA-seq数据,构建了转录因子/增强子/下游基因的转录调控网络,明确转录因子和SE元件对ECM表达水平的调控作用;鉴定了调控ECM基因(S100基因家族和Col17a1基因)表达水平的关键增强子和转录因子(Fosb、Klf5、Atf3和Junb等);证明衰老过程中反复炎症激活AP1转录,上调与基底膜相关的重要胶原蛋白表达水平,引起老化皮肤微环境失衡。另外,通过构建dCas9-p300稳转NHEK细胞系,引入特定sgRNA可靶向调控增强子活性,为研究增强子元件在EpiSC的生物学功能研究奠定了技术基础。本项目成果为深入研究EpiSC表观遗传修饰异常对皮肤组织稳态的作用机制提供数据基础,所涉及的方法能为其他组织器官衰老机制研究提供参考。
衰老过程中增强子调控细胞外基质(ECM)重塑影响表皮干细胞稳态的分子机制研究
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批准号:--
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项目类别:--
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资助金额:58万元
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批准年份:2020
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负责人:周家健
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依托单位:
RNA结合蛋白介导长链非编码RNA亚细胞定位的机制研究
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批准号:31900447
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:25.0万元
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批准年份:2019
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负责人:周家健
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依托单位:
国内基金
海外基金