MECHANISMS OF CHROMATIN REMODELING DURING EPITHELIAL DEVELOPMENT

NIH RePORTER · NIH · F32 · $67,446 · view on reporter.nih.gov ↗

Abstract

PROJECT SUMMARY/ABSTRACT  Tissue manufacturing for skin replacement therapy is extremely inefficient, in part due to an incomplete  understanding of gene expression mechanisms regulating stem cell commitment. One such poorly understood  mechanism is chromatin looping, which has been thought to serve as a template for gene expression changes  during cell state transitions. This knowledge gap is a major roadblock in producing sufficient graftable  keratinocytes from genetically corrected patient stem cells for treatment of debilitating skin diseases. The long-­ term goal of this proposal is to understand the molecular mechanisms underlying stem cell differentiation to  improve skin replacement therapy. Preliminary data from the applicant’s group suggest that retinoic acid (RA)  and bone morphogenic protein (BMP4) morphogens can induce stem cell-­derived graftable keratinocytes  through induction of the master epithelial regulator and transcription factor p63. Interestingly, p63 cannot  activate downstream gene expression programs in the absence of these morphogens. Further, high  dimensional chromatin analyses suggest that morphogens cause major changes in chromatin looping.  Therefore, the central hypothesis is that RA and BMP4 stimulate looping between p63 binding sites and distal  loci, as well as alter the p63 interactome, to facilitate p63-­dependent gene expression. This proposal will test  the hypothesis by pursuing two specific aims. Aim 1 will determine which regulatory regions within chromatin  loops are required for p63-­dependent gene expression. CRISPR/Cas9 tools, which have been well established  in the applicant’s laboratory, will be used to sequentially block p63 binding sites and the loci to which they are  looped. The effects of each deletion will be measured by downstream gene expression, loop formation, and  cellular differentiation markers. The proposed experiments will focus on loops at TFAP2C and HES1 loci,  which are known to be crucial during stem cell commitment. Aim 2 will elucidate p63 interacting proteins that  are required for downstream gene expression. Candidate members of the p63 interactome will be identified  using a novel proximity labeling system known as BASU. This system has been validated in the applicant’s  laboratory using embryonic stem cells. The importance of each p63 interacting protein will then be evaluated  using a CRISPR/Cas9 loss of function screen followed by measurements of p63-­dependent gene expression  and cellular differentiation. The rationale for the proposed research is that it will provide useful chromatin  dynamic information which can be used to improve the current stem cell differentiation protocol for tissue  replacement therapy. This proposal is innovative, because it uses novel genetic and proteomics techniques to  elucidate mechanisms of chromatin loops that were previously unrecognized. The findings will be significant,  because they will broaden the understanding of p63 during de...

Key facts

NIH application ID
10086402
Project number
5F32AR074221-03
Recipient
STANFORD UNIVERSITY
Principal Investigator
Annie Collier
Activity code
F32
Funding institute
NIH
Fiscal year
2021
Award amount
$67,446
Award type
5
Project period
2019-02-01 → 2022-01-31