Nasze badania wykorzystują modelowy organizm danio pręgowanego (Danio rerio) do analizy regulacji ekspresji genów w rozwijającym się zarodku oraz jej powiązań z wrodzonymi wadami rozwojowymi u ludzi. Koncentrujemy się szczególnie na rozwoju i chorobach serca, stosując klasyczne podejścia genetyczne, embriologię eksperymentalną, biochemię oraz techniki genomiki zbiorczej i jednokomórkowej. 

Podsumowanie badań

Rozwój zarodkowy jest kontrolowany przez bardzo precyzyjne mechanizmy regulacyjne, które zapewniają ekspresję genów we właściwych komórkach, we właściwym czasie i na odpowiednim poziomie. Zrozumienie tej kontroli przestrzenno-czasowej pozostaje jednym z kluczowych wyzwań biologii rozwoju. 

W naszym laboratorium badamy podstawowe zasady regulacji genów podczas rozwoju kręgowców, wykorzystując danio pręgowanego jako wydajny model in vivo. Interesuje nas, w jaki sposób elementy cis-regulatorowe, dostępność chromatyny i organizacja genomu wyższego rzędu współdziałają z czynnikami transkrypcyjnymi, aby kontrolować programy ekspresji genów odpowiedzialne za decyzje dotyczące losu komórek i powstawanie narządów. 

Łącząc podejścia genomiczne z embriologią eksperymentalną, genetyką i biochemią, chcemy definiować sieci regulacji genów w ich naturalnym kontekście rozwojowym oraz zrozumieć, jak zaburzenia tych mechanizmów prowadzą do wrodzonych chorób człowieka. 

Szczególny nacisk kładziemy na rozwój serca. Chociaż poznano wiele genów kluczowych dla powstawania i funkcji serca, nadal nie w pełni wiadomo, jak ich aktywność jest koordynowana w czasie rozwoju i integrowana z regulacją epigenetyczną. Nasze badania koncentrują się na kardiomiocytach oraz komórkach rozrusznikowych serca, a także na tym, jak różne typy komórek sercowych powstają i nabywają wyspecjalizowane funkcje. 

Dzięki wielkoskalowym analizom transkryptomicznym i epigenomicznym, w tym podejściom jednokomórkowym, stworzyliśmy zasoby ujawniające różnorodność komórkową i elementy regulacyjne w rozwijającym się sercu. Ostatecznie nasze badania mają połączyć regulację genów, różnicowanie komórkowe i funkcję narządów, przyczyniając się do głębszego zrozumienia rozwoju układu sercowo-naczyniowego oraz jego związków z chorobami człowieka.

Znaczenie naukowe

• Stworzyliśmy kompleksowe zasoby transkryptomiczne i epigenomiczne rozwijającego się serca danio pręgowanego, ze szczególnym uwzględnieniem kardiomiocytów oraz rzadkich typów komórek, takich jak komórki rozrusznikowe. 
• Opracowaliśmy atlas jednokomórkowy rozwijającego się serca danio pręgowanego, który ujawnił wcześniej niescharakteryzowane typy komórek sercowych i ich profile molekularne. 
• Zidentyfikowaliśmy nowe elementy regulacyjne leżące u podstaw rozwoju układu sercowo-naczyniowego i chorób serca. 
• Opracowaliśmy i zwalidowaliśmy narzędzie obliczeniowe umożliwiające identyfikację niekodujących wariantów związanych z wrodzonymi chorobami serca, które wpływają na regulację ekspresji genów.

Plany badawcze

Naszym celem jest opracowanie modeli danio pręgowanego dla ludzkich chorób genetycznych, szczególnie tych wynikających ze zmienności w niekodujących regionach regulatorowych. Modele te pozwolą prowadzić pogłębione badania mechanizmów chorobowych w fizjologicznie istotnym kontekście in vivo. 

Łącząc edycję genomu z profilowaniem transkryptomicznym i epigenomicznym, chcemy bezpośrednio powiązać warianty genetyczne z ich wpływem na regulację genów, tożsamość komórkową i funkcję serca. Rozwijając nasze doświadczenie w badaniu sieci regulacji genów, będziemy dalej analizować, w jaki sposób zaburzenia elementów cis-regulatorowych i organizacji chromatyny zmieniają trajektorie rozwojowe, ze szczególnym uwzględnieniem kardiomiocytów i komórek rozrusznikowych serca. 

Planujemy również stworzenie zintegrowanego atlasu transkryptomicznego i epigenomicznego rozwijającego się serca na poziomie pojedynczych komórek. Taki zasób pozwoli uzyskać spójny obraz krajobrazów regulacyjnych w różnych typach komórek i na kolejnych etapach rozwoju. Ostatecznie chcemy łączyć dane genetyczne człowieka z biologią eksperymentalną, aby lepiej rozumieć molekularne podłoże wrodzonych chorób serca i wspierać przyszłe podejścia medycyny precyzyjnej.

Współpraca

Aktywnie współpracujemy z grupami badawczymi w IIMCB oraz z wiodącymi laboratoriami międzynarodowymi w dziedzinie genomiki i genetyki klinicznej. Poszukujemy interdyscyplinarnych partnerstw łączących biologię rozwoju z badaniami klinicznymi, rozwojem metod i modelowaniem obliczeniowym, aby skuteczniej łączyć mechanizmy podstawowe z ich znaczeniem dla chorób człowieka. 

Komentarz

„Nasze badania mają odkrywać podstawową logikę regulacji genów w rozwoju, a ostatecznym celem jest przełożenie tych odkryć na zdrowie człowieka. Wykorzystując danio pręgowanego jako model programów rozwojowych i genetycznych istotnych dla człowieka, chcemy zrozumieć, w jaki sposób zaburzenia regulacji prowadzą do chorób wrodzonych oraz wspierać przyszłe badania eksperymentalne i kliniczne” - mówi dr hab. Cecilia Lanny Winata. 

Różnorodność komórkowa mięśnia sercowego. Serce danio pręgowanego z linii transgenicznej Tg(myl7:mRFP) x Tg(-6.8got2b:cfos:EGFP) w 72. godzinie po zapłodnieniu pokazuje odrębne populacje kardiomiocytów dzięki podwójnemu znakowaniu fluorescencyjnemu. Wszystkie komórki mięśnia sercowego są zaznaczone na czerwono, a wyspecjalizowana podgrupa kardiomiocytów beleczkowych - na zielono. Zielona fluorescencja zależy od nowo zidentyfikowanego wzmacniacza, który reprezentuje najwcześniejszy znany marker molekularny kardiomiocytów beleczkowych i obrazuje różnorodność komórkową rozwijającego się serca.
Zdjęcie: Costantino Parisi. 

Strona Laboratorium



https://zfin.org/ZDB-LAB-141211-1