IM
Ivan Moskowitz
Author with expertise in Regulation of RNA Processing and Function
Achievements
Open Access Advocate
Cited Author
Key Stats
Upvotes received:
0
Publications:
18
(61% Open Access)
Cited by:
11
h-index:
41
/
i10-index:
72
Reputation
Biology
< 1%
Chemistry
< 1%
Economics
< 1%
Show more
How is this calculated?
Publications
0

Hedgehog signaling activates a heterochronic gene regulatory network to control differentiation timing across lineages

Megan Rowton et al.Feb 23, 2018
SUMMARY Heterochrony, defined as differences in the timing of developmental processes, impacts organ development, homeostasis, and regeneration. The molecular basis of heterochrony in mammalian tissues is poorly understood. We report that Hedgehog signaling activates a heterochronic pathway that controls differentiation timing in multiple lineages. A differentiation trajectory from second heart field cardiac progenitors to first heart field cardiomyocytes was identified by single-cell transcriptional profiling in mouse embryos. A survey of developmental signaling pathways revealed specific enrichment for Hedgehog signaling targets in cardiac progenitors. Removal of Hh signaling caused loss of progenitor and precocious cardiomyocyte differentiation gene expression in the second heart field in vivo . Introduction of active Hh signaling to mESC-derived progenitors, modelled by transient expression of the Hh-dependent transcription factor GLI1, delayed differentiation in cardiac and neural lineages in vitro . A shared GLI1-dependent network in both cardiac and neural progenitors was enriched with FOX family transcription factors. FOXF1, a GLI1 target, was sufficient to delay onset of the cardiomyocyte differentiation program in progenitors, by epigenetic repression of cardiomyocyte-specific enhancers. Removal of active Hh signaling or Foxf1 expression from second heart field progenitors caused precocious cardiac differentiation in vivo , establishing a mechanism for resultant Congenital Heart Disease. Together, these studies suggest that Hedgehog signaling directly activates a gene regulatory network that functions as a heterochronic switch to control differentiation timing across developmental lineages.
0
Citation4
0
Save
1

The cGAS-STING pathway is dispensable in a mouse model ofLMNA-cardiomyopathy despite nuclear envelope rupture

Atsuki En et al.Aug 28, 2023
SUMMARY Nuclear envelope (NE) ruptures are emerging observations in Lamin-related dilated cardiomyopathy, an adult-onset disease caused by loss-of-function mutations in Lamin A/C, a nuclear lamina component. Here, we tested a prevailing hypothesis that NE ruptures trigger pathological cGAS-STING cytosolic DNA-sensing pathway, using a mouse model of Lamin-cardiomyopathy. Reduction of Lamin A/C in cardiomyocytes of adult mice caused pervasive NE ruptures in cardiomyocytes, preceding inflammatory transcription, fibrosis, and fatal dilated cardiomyopathy. NE ruptures were followed by DNA damage accumulation without causing immediate cardiomyocyte death. However, cGAS-STING-dependent inflammatory signaling remained inactive. Deleting cGas or Sting did not rescue cardiomyopathy. The lack of cGAS-STING activation was likely due to the near absence of cGAS expression in adult cardiomyocytes at baseline. Instead, extracellular matrix (ECM) signaling was activated and predicted to initiate pro-inflammatory communication from Lamin-reduced cardiomyocytes to fibroblasts. Our work nominates ECM signaling, not cGAS-STING, as a potential inflammatory contributor in Lamin-cardiomyopathy.
1
Citation2
0
Save
3

ETV2 primes hematoendothelial gene enhancers prior to hematoendothelial fate commitment

Jeffrey Steimle et al.Jun 25, 2021
SUMMARY The lineage-determining transcription factor ETV2 is necessary and sufficient for hematoendothelial fate commitment. We investigated how ETV2-driven gene regulatory networks promote hematoendothelial fate commitment. We resolved the sequential determination steps of hematoendothelial versus cardiac differentiation from mouse embryonic stem cells. Etv2 was strongly induced and bound to the enhancers of hematoendothelial genes in a common cardiomyocyte-hematoendothelial mesoderm progenitor. However, only Etv2 itself and Tal1 , not other ETV2-bound genes, were induced. Despite ETV2 genomic binding and Etv2 and Tal1 expression, cardiomyogenic fate potential was maintained. A second wave of ETV2-bound target genes was up-regulated during the transition from the common cardiomyocyte-hematoendothelial progenitor to the committed hematoendothelial population. A third wave of ETV-bound genes were subsequently expressed in the committed hematoendothelial population for sub-lineage differentiation. The shift from ETV2 binding to productive transcription, not ETV2 binding to target gene enhancers, drove hematoendothelial fate commitment. This work identifies mechanistic phases of ETV2-dependent gene expression that distinguish hematoendothelial specification, commitment, and differentiation. HIGHLIGHTS The hematoendothelial master TF ETV2 is expressed in a multipotent mesoderm progenitor. ETV2 binds to target genes in the mesoderm progenitor without target gene activation. ETV2 binding in the mesoderm progenitor does not diminish alternative cardiac fate potential. ETV2-bound target genes are activated upon hematoendothelial fate commitment. GRAPHICAL ABSTRACT
3
Citation1
0
Save
0

Pervasive nuclear envelope ruptures precede ECM signaling and disease onset without activating cGAS-STING in Lamin-cardiomyopathy mice

Atsuki En et al.May 29, 2024
Nuclear envelope (NE) ruptures are emerging observations in Lamin-related dilated cardiomyopathy, an adult-onset disease caused by loss-of-function mutations in Lamin A/C, a nuclear lamina component. Here, we test a prevailing hypothesis that NE ruptures trigger the pathological cGAS-STING cytosolic DNA-sensing pathway using a mouse model of Lamin cardiomyopathy. The reduction of Lamin A/C in cardio-myocyte of adult mice causes pervasive NE ruptures in cardiomyocytes, preceding inflammatory transcription, fibrosis, and fatal dilated cardiomyopathy. NE ruptures are followed by DNA damage accumulation without causing immediate cardiomyocyte death. However, cGAS-STING-dependent inflammatory signaling remains inactive. Deleting cGas or Sting does not rescue cardiomyopathy in the mouse model. The lack of cGAS-STING activation is likely due to the near absence of cGAS expression in adult cardiomyocytes at baseline. Instead, extracellular matrix (ECM) signaling is activated and predicted to initiate pro-inflammatory communication from Lamin-reduced cardiomyocytes to fibroblasts. Our work nominates ECM signaling, not cGAS-STING, as a potential inflammatory contributor in Lamin cardiomyopathy.
0
Citation1
0
Save
0

A Hedgehog-FGF signaling axis patterns anterior mesoderm during gastrulation

Alexander Guzzetta et al.Aug 16, 2019
ABSTRACT The application of single cell technologies to early development holds promise for resolving complex developmental phenotypes. Here we define a novel role for Hedgehog (Hh) signaling for the formation of anterior mesoderm lineages during gastrulation. Single-cell transcriptome analysis of Hh-deficient mesoderm revealed selective deficits in anterior mesoderm populations that later translate to physical defects to anterior embryonic structures including the first pharyngeal arch, heart, and anterior somites. We found that Hh-dependent anterior mesoderm defects were cell non-autonomous to Hh-signal reception. Transcriptional profiling of Hh-deficient mesoderm during gastrulation revealed disruptions to both transcriptional patterning of the mesoderm and a key FGF signaling pathway for mesoderm migration. FGF4 protein application was able to restore cellular migration during gastrulation that was decreased by Hh pathway antagonism. These findings implicate that primitive streak-mediated regulation of anterior mesoderm patterning is controlled by a multicomponent signaling hierarchy activated by Hh signaling and executed by FGF signal transduction. SIGNIFICANCE STATEMENT How signaling events during gastrulation pattern the mesoderm is a fascinating developmental process. Although Hedgehog signaling has been implicated in early mesoderm development, its mechanistic role has not been described. We applied single cell sequencing to describe mesodermal defects in Hedgehog pathway mutants—revealing selective defects in anterior mesoderm populations. Transcriptional profiling of gastrulating Hedgehog mutants indicated that several pathways essential for primitive streak function, including FGF, required Hh signaling. Blocking Hedgehog signaling abrogated cell migration during gastrulation, which could be mitigated by addition of FGF4 ligand. This work uncovers a novel Hedgehog to FGF signaling event and describes a unique mechanism by which signals from the node impact to anterior mesoderm formation through the modulation of primitive streak function.
0
Citation1
0
Save
0

Chromatin-enriched RNAs mark active and repressive cis-regulation: an analysis of nuclear RNA-seq

Xingshu Sun et al.May 22, 2019
Long noncoding RNAs (lncRNAs) localize in the cell nucleus and influence gene expression through a variety of molecular mechanisms. RNA sequencing of two biochemical fractions of nuclei reveals a unique class of lncRNAs, termed chromatin-enriched nuclear RNAs (cheRNAs) that are tightly bound to chromatin and putatively function to cis-activate gene expression. Until now, a rigorous analytic pipeline for nuclear RNA-seq has been lacking. In this study, we survey four computational strategies for nuclear RNA-seq data analysis and show that a new pipeline, Tuxedo, outperforms other approaches. Tuxedo not only assembles a more complete transcriptome, but also identifies cheRNA with higher accuracy. We have used Tuxedo to analyze gold-standard K562 cell datasets and further characterize the genomic features of intergenic cheRNA (icheRNA) and their similarity to those of enhancer RNA (eRNA). Moreover, we quantify the transcriptional correlation of icheRNA and adjacent genes, and suggest that icheRNA may be the cis-acting transcriptional regulator that is more positively associated with neighboring gene expression than eRNA predicted by state-of-art method or CAGE signal. We also explore two novel genomic associations, suggesting cheRNA may have diverse functions. A possible new role of H3K9me3 modification coincident with icheRNA may be associated with active enhancer derived from ancient mobile elements, while a potential cis-repressive function of antisense cheRNA (as-cheRNA) is likely to be involved in transiently modulating cell type-specific cis-regulation.
0

A genetic variant at coronary artery disease and ischemic stroke locus 1p32.2 regulates endothelial responses to hemodynamics

Matthew Krause et al.Jul 25, 2018
Biomechanical cues dynamically control major cellular processes but whether genetic variants actively participate in mechano-sensing mechanisms remains unexplored. Vascular homeostasis is tightly regulated by hemodynamics. Exposure to disturbed blood flow at arterial sites of branching and bifurcation causes constitutive activation of vascular endothelium contributing to atherosclerosis, the major cause of coronary artery disease (CAD) and ischemic stroke (IS). Conversely, unidirectional flow promotes quiescent endothelium. Genome-wide association studies have identified chromosome 1p32.2 as one of the most strongly associated loci with CAD/IS; however, the causal mechanism related to this locus remains unknown. Employing statistical analyses, ATAC-seq, and H3K27ac/H3K4me2 ChIP-Seq in human aortic endothelium (HAEC), our results demonstrate that rs17114036, a common noncoding polymorphism at the 1p32.2, is located in an endothelial enhancer dynamically regulated by hemodynamics. CRISPR/Cas9-based genome editing shows that rs17114036-containing region promotes endothelial quiescence under unidirectional flow by regulating phospholipid phosphatase 3 (PLPP3). Chromatin accessibility quantitative trait locus mapping using HAECs from 56 donors, allelic imbalance assay from 7 donors, and luciferase assays further demonstrate that CAD/IS protective allele at rs17114036 in PLPP3 intron 5 confers an increased endothelial enhancer activity. ChIPPCR and luciferase assays show that CAD/IS protective allele at rs17114036 creates a binding site for transcription factor Kruppel-like factor 2, which increases the enhancer activity under unidirectional flow. These results demonstrate for the first time that a human single-nucleotide polymorphism contributes to critical endothelial mechanotransduction mechanisms and suggest that human haplotypes and related cisregulatory elements provide a previously unappreciated layer of regulatory control in cellular mechano-sensing mechanisms.
6

Tbx5maintains atrial identity by regulating an atrial enhancer network

Mason Sweat et al.Apr 22, 2023
Abstract Understanding how the atrial and ventricular chambers of the heart maintain their distinct identity is a prerequisite for treating chamber-specific diseases. Here, we selectively inactivated the transcription factor Tbx5 in the atrial working myocardium of the neonatal mouse heart to show that it is required to maintain atrial identity. Atrial Tbx5 inactivation downregulated highly chamber specific genes such as Myl7 and Nppa , and conversely, increased the expression of ventricular identity genes including Myl2 . Using combined single nucleus transcriptome and open chromatin profiling, we assessed genomic accessibility changes underlying the altered atrial identity expression program, identifying 1846 genomic loci with greater accessibility in control atrial cardiomyocytes compared to KO aCMs. 69% of the control-enriched ATAC regions were bound by TBX5, demonstrating a role for TBX5 in maintaining atrial genomic accessibility. These regions were associated with genes that had higher expression in control aCMs compared to KO aCMs, suggesting they act as TBX5-dependent enhancers. We tested this hypothesis by analyzing enhancer chromatin looping using HiChIP and found 510 chromatin loops that were sensitive to TBX5 dosage. Of the loops enriched in control aCMs, 73.7% contained anchors in control-enriched ATAC regions. Together, these data demonstrate a genomic role for TBX5 in maintaining the atrial gene expression program by binding to atrial enhancers and preserving tissue-specific chromatin architecture of atrial enhancers.
0

CoordinatedTbx3 / Tbx5transcriptional control of the adult ventricular conduction system

Ozanna Burnicka-Turek et al.Aug 30, 2024
The cardiac conduction system (CCS) orchestrates the electrical impulses that enable coordinated contraction of the cardiac chambers. The T-box transcription factors TBX3 and TBX5 are required for cardiac conduction system development and associated with overlapping and distinct human cardiac conduction system diseases. We evaluated the coordinated role of Tbx3 and Tbx5 in the murine ventricular conduction system (VCS). We engineered a compound Tbx3:Tbx5 conditional knockout allele for both genes located in cis on mouse chromosome 5. Conditional deletion of both T-box transcriptional factors in the ventricular conduction system, using the VCS-specific Mink:Cre, caused loss of VCS function and molecular identity. Combined Tbx3 and Tbx5 deficiency in the adult VCS led to conduction defects, including prolonged PR and QRS intervals and elevated susceptibility to ventricular tachycardia. These electrophysiologic defects occurred prior to detectable alterations in cardiac contractility or histologic morphology, indicative of a primary conduction system defect. Tbx3:Tbx5 double knockout VCS cardiomyocytes revealed a transcriptional shift towards non-CCS-specialized working myocardium, suggesting reprogramming of their cellular identity. Furthermore, optical mapping revealed a loss of VCS-specific conduction system propagation. Collectively, these findings indicate that Tbx3 and Tbx5 coordinate to control VCS molecular fate and function, with implications for understanding cardiac conduction disorders in humans.
Load More