Decoding and leveraging the molecular determinants of myogenic fate through integrative genomics and cell engineering; finanziato dall’Unione europea – Next Generation EU
Progetto L'obiettivo generale di questa proposta è prima scoprire e poi sfruttare le reti di regolazione genica dietro la conversione del destino cellulare in muscoli. Esempi da manuale di "regolatori principali" indicano che solo un regolatore può ottenere la conversione del destino cellulare. Il più famoso, il fattore di trascrizione miogenico (TF) MYOD1 può indurre un fenotipo del muscolo scheletrico in più tipi di cellule. Altre conversioni del destino cellulare sono attualmente più complesse: l'induzione del muscolo cardiaco è stata ottenuta solo utilizzando più TF. In entrambi i casi, l'efficienza della conversione del destino dipende fortemente dallo stato iniziale della cellula. Infine, la maggior parte dei tipi di cellule generati attraverso gli attuali metodi di conversione del destino cellulare rimangono fenotipicamente immaturi. Questo PRIN mira ad affrontare questi limiti chiave nelle nostre conoscenze studiando due modelli correlati alle due estremità dello spettro della facilità di conversione del destino: miogenesi scheletrica e cardiaca. Per questo ambizioso compito, abbiamo riunito un team multidisciplinare di leader nella riprogrammazione cellulare e nel muscolo scheletrico (Cacchiarelli), nell'editing del genoma e nel muscolo cardiaco (Bertero) e nella genomica integrativa (Carissimo). Abbiamo due obiettivi principali:
Obiettivo 1 - Identificazione di nuovi percorsi attuabili che modellano il destino miogenico durante la conversione e il differenziamento cellulare. Ipotizziamo che la diversa capacità dei TF master di indurre la conversione del destino in diversi tipi di cellule dipenda dalla loro interazione con il panorama epigenetico iniziale. Abbiamo sviluppato metodi per indurre il destino miogenico scheletrico da quattro stati cellulari lungo lo stesso continuum di sviluppo (da fibroblasti a cellule staminali pluripotenti indotte; iPSC), ognuno rappresentativo di un diverso stato epigenetico ristretto o plastico. Eseguiremo un'analisi integrativa delle dinamiche trascrizionali ed epigenetiche attraverso queste quattro traiettorie di conversione del destino cellulare, in modo da identificare colli di bottiglia cruciali. Sfrutteremo quindi tali conoscenze per ottimizzare la conversione del destino miogenico nelle cellule staminali derivate dagli adipociti (ADSC), cellule clinicamente rilevanti che sono attualmente difficili da differenziare in muscoli.
Obiettivo 2 - Sviluppo di una strategia di programmazione avanzata dei cardiomiociti attraverso l'indagine imparziale dei TF dello sviluppo. Ipotizziamo che la conversione del destino del muscolo cardiaco possa essere migliorata con TF miogenici ancora non caratterizzati e/o inibendo TF a destino alternativo. Abbiamo esaminato la firma epigenetica e trascrizionale indotta da 300 TF e profilato le dinamiche trascrizionali durante il normale sviluppo e maturazione cardiaca. Integreremo questi set di dati per identificare i candidati per le indagini combinatorie di guadagno e perdita di funzione per identificare le condizioni che "programmano" le iPSC umane nel muscolo cardiaco maturo. Ottimizzeremo quindi questo processo per ottenere in modo riproducibile grandi quantità di cardiomiociti per lo screening farmacologico e la terapia cellulare.
Complessivamente, questo progetto farà progredire la nostra comprensione di base del destino cellulare e fornirà preziose piattaforme per la medicina rigenerativa e oltre.