# MECHANISMS OF CHROMATIN REMODELING DURING EPITHELIAL DEVELOPMENT

> **NIH NIH F32** · STANFORD UNIVERSITY · 2021 · $67,446

## 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 organization:** STANFORD UNIVERSITY
- **Principal Investigator:** Annie Collier
- **Activity code:** F32 (R01, R21, SBIR, etc.)
- **Funding institute:** NIH
- **Fiscal year:** 2021
- **Award amount:** $67,446
- **Award type:** 5
- **Project period:** 2019-02-01 → 2022-01-31

## Primary source

NIH RePORTER: https://reporter.nih.gov/project-details/10086402

## Citation

> US National Institutes of Health, RePORTER application 10086402, MECHANISMS OF CHROMATIN REMODELING DURING EPITHELIAL DEVELOPMENT (5F32AR074221-03). Retrieved via AI Analytics 2026-05-22 from https://api.ai-analytics.org/grant/nih/10086402. Licensed CC0.

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*[NIH grants dataset](/datasets/nih-grants) · CC0 1.0*