Mechanism of PRC2-mediated Gene Silencing during Cardiomyocyte Differentiation

项目摘要 心肌细胞需要精确的基因调控程序，以防止病理生理。上调心脏 重塑基因导致心肌细胞肥大和心脏功能下降。虽然我们知道很多 关于驱动心肌细胞特异性基因表达的转录因子， 了解组蛋白翻译后修饰如何调节心肌细胞发育， 上维护多梳抑制复合物2（PRC 2）是一种组蛋白修饰复合物， 通过使组蛋白H3上的赖氨酸27三甲基化来表达。条件性敲除研究表明， PRC 2在小鼠心脏发育期间导致心肌细胞特异性转录因子上调 和心脏肥大。然而，对于PRC 2是如何工作的， 调节心肌细胞特异性基因。新出现的证据表明，人类PRC 2被招募， 通过与一组辅助蛋白（称为AEBP 2和PCL蛋白）的相互作用，在染色质中表达。这 一项提案将利用PRC 2分离功能突变来检验以下假设： PRC 2和这些辅助蛋白是调节心肌细胞特异性基因和 防止心肌细胞肥大。高通量测序和免疫细胞化学方法 将被用来确定是否AEBP 2或PCL蛋白是/是负责维持转录 以PRC 2依赖性方式观察心肌细胞的特征和表型。此外，活细胞单克隆分子 成像将被用来确定AEBP 2和PCL蛋白如何影响PRC 2的染色质结合动力学 在心肌细胞的分化过程中。该提案中的实验代表了朝着 揭示了PRC 2介导的心肌细胞基因沉默的机制， 正常的心脏发育和功能。 培训计划摘要：拟议的研究将在科罗拉多博尔德大学完成 生物化学系，位于多学科的生物前沿生物技术建设。申请人 将借鉴当地在心肌细胞生物学，计算生物学，染色质生物学， 和转录调控，发展成为一个独立的医生-科学家，精通 基因调控机制。申请人的培训计划包括参加课程，接受个人培训， 指导，参加会议，做口头报告，准备/提交手稿。

Project Summary  Cardiomyocytes require precise gene regulation programs to prevent pathophysiology. Upregulation of cardiac  remodeling genes results in cardiomyocyte hypertrophy and decreased heart function. While much is known  about the transcription factors that drive cardiomyocyte specific gene expression, we have a limited  understanding of how histone posttranslational modifications regulate cardiomyocyte development and  maintenance. Polycomb Repressive Complex 2 (PRC2) is a histone modifying complex that silences gene  expression by tri-­methylating lysine 27 on histone H3. Conditional knockout studies show the absence of  PRC2, during mouse heart development, results in upregulation of cardiomyocyte specific transcription factors  and cardiac hypertrophy. However, there is a lack of mechanistic understanding regarding how PRC2  regulates cardiomyocyte specific genes. Emerging evidence demonstrates that human PRC2 is recruited to  chromatin through an interaction with a set of accessory proteins known as AEBP2 and PCL proteins. This  proposal will utilize PRC2 separation-­of-­function mutations to test the hypothesis that the interaction between  PRC2 and these accessory proteins is necessary for regulating cardiomyocyte specific genes and for  preventing cardiomyocyte hypertrophy. High-­throughput sequencing and immunocytochemistry approaches  will be used to determine whether AEBP2 or PCL proteins is/are responsible for maintaining the transcriptional  profile and phenotype of cardiomyocytes in a PRC2 dependent manner. Furthermore, live-­cell single-­molecule  imaging will be used to define how AEBP2 and PCL proteins affect the chromatin-­binding dynamics of PRC2  throughout cardiomyocyte differentiation. The experiments in this proposal represent a critical step toward  uncovering the mechanism of PRC2 mediated gene-­silencing in cardiomyocytes, a mechanism that is central  to normal heart development and function.   Training Plan Summary: The proposed research will be completed in the University of Colorado Boulder  Biochemistry Department, located in the multidisciplinary BioFrontiers Biotechnology building. The applicant  will draw from local expertise in the fields of cardiomyocyte biology, computational biology, chromatin biology,  and transcriptional regulation to develop into an independent physician-­scientist that is well versed in  mechanisms of gene regulation. The applicant’s training plan includes taking coursework, receiving individual  mentorship, attending conferences, giving oral presentations, and preparing/submitting manuscripts.