Transcriptional regulatory networks govering placental development.

Iowa State University, Ames IA

Investigators

Linked publications & trials

Abstract

Abnormal  gene  expression  during  early  placental  development  has  been  associated  with  adverse  pregnancy  outcomes.  However,  the  transcriptional  regulatory  networks  underlying  normal  placental  development,  includ-­ ing  the  transcription  factors,  the  enhancers  they  bind  to,  and  the  genes  they  regulate,  are  unknown.  Until  this  fundamental gap is filled, the variants in genomic DNA that cause aberrant gene expression and lead to preg-­ nancy complications cannot be understood. The applicant’s long-­term goal is to identify global mechanisms by  which transcription factors and enhancers work together to regulate placental development. The overall objec-­ tive of this application is to define and characterize transcriptional regulatory networks for processes that occur  during three critical time points of mouse placental development (embryonic days 7.5, 8.5, and 9.5), prior to the  formation of the mature placenta. The central hypothesis, based on published and preliminary data, is that time  point-­specific  transcriptional  regulatory  networks  regulate  distinct  processes  during  early  placental  develop-­ ment,  and  that  disruption  of  transcription  factors  or  enhancers  central  to  these  networks  leads  to  abnormal  trophoblast gene expression. The rationale for the proposed research is that understanding the regulatory net-­ works underlying early placental development will enable early detection and treatment of placental disorders.  The  central  hypothesis  will  be  tested  using  three  specific  aims:  (1)  to  define  process-­specific  transcriptional  regulatory  networks  during  early  placental  development;;  (2)  to  determine  the  mechanisms  by  which  key  TF-­ enhancer pairs regulate gene expression in mouse trophoblast subtypes;; and (3) to determine the relationship  between  cis-­regulation  in  mouse  and  human  trophoblasts.  To  execute  these  aims,  we  will  use  an  integrated  approach,  combining  experimental  genomics  (RNA-­Seq,  ChIP-­Seq,  and  ATAC-­Seq),  computational  analysis  (e.g.  co-­expression  analysis,  enhancer  module  analysis,  and  binding  site  predictions),  and  functional  assays  (e.g. ChIP, reporter assays, and siRNA knockdown). Each aim is supported by a strong scientific premise and  preliminary data, and each method has been established either in the applicant’s lab or in the lab of a member  of  the  research  team.  Completion  of  this  project  will result  in  a  global  understanding  of the  transcriptional  net-­ works  regulating  early  placental  development,  and  in  an  understanding  of  the  mechanisms  by  which  key  TF-­ enhancer pairs regulate gene expression in mouse and human trophoblast cells. The research proposed in this  application  is  innovative,  in  the  applicant’s  opinion,  because  it  represents  a  new  and  substantive  departure  from  the  status  quo  by  shifting  focus  to  genome-­scale  identification  and  characterization  of  TF-­enhancer  net-­ works that regulate specific processes during placental development. This contribution is significant because it  will  provide  a  new  understanding  of  normal  placental  development,  ultimately  leading  to  the  development  of  novel therapeutic interventions for placenta-­associated disorders.  Â