Opis projektu
Profilowanie trzech oscylacyjnych ścieżek sygnałowych w rozwoju zarodka u myszy
Zsynchronizowana i rytmiczna aktywność jest cechą charakterystyczną organizmów wielokomórkowych. Jest to widoczne w takich zjawiskach jak oscylatory dobowe, oscylacje neuronalne podczas snu i oscylacje sygnalizacji przestrzenno-czasowej podczas rozwoju zarodkowego. W mysich modelach rozwoju zarodkowego stwierdzono, że aktywność trzech głównych szlaków sygnałowych oscyluje w około 2-godzinnych cyklach. Zespół finansowanego przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych projektu Oscillations dokona kwantyfikacji aktywności na tych szlakach, idącej za tym dynamiki białek i ich wzajemnych powiązań. Zespół wykorzysta zaawansowane technologicznie połączenie ilościowego obrazowania w czasie rzeczywistym, nowatorskich testów ex vivo i multimodalnych zaburzeń funkcjonalnych, aby zidentyfikować, w jaki sposób powstają te oscylacje i jak modulują wzorce rozwojowe w zarodku.
Cel
This project aims to reveal the origin and principal functions of spatiotemporal signalling oscillations in the context of embryonic development. Vertebrate embryo segmentation offers a particularly suitable context to study an assembly of ultradian, genetic oscillators, which in addition, exhibit striking synchronization that generates periodic, wave-like patterns.
Using the mouse model, in which three major signalling pathways (Wnt, Notch and Fgf) have been found to oscillate in activity with a period of ~2 hours, we aim to address the following key questions: How do signalling gradients control higher-order, spatiotemporal synchronization of genetic oscillators? What is the role of self-organization? What is the function of spatiotemporal signalling dynamics that are phase-shifted between multiple pathways for developmental patterning? To address these challenging questions, we bring together a unique combination of quantitative real-time imaging, novel ex vivo assays and multi-modal, i.e. genetic, chemical and physical functional perturbations.
To this end, we propose to employ customized knock-in reporter mouse lines developed in my lab and cutting edge microscopy for simultaneous quantification of multiple, oscillating signaling pathway activities and protein dynamics. We aim to combine these dynamic quantification with novel functional perturbations which are made possible due to a critical technical breakthrough achieved in my lab: an ex vivo primary cell culture assay that recapitulates mouse mesoderm patterning, including complex oscillatory wave patterns, and segment formation, in a simplified, 2-dimensional (2D) context. This ex vivo assay will allow an unprecedented versatility of (time-resolved) perturbations and simultaneous quantitative, dynamic read-out at both molecular and phenotypic level.
Our approach thus has an outstanding potential and is ideally positioned to reveal how temporal order emerges and impacts on developmental patterning.
Dziedzina nauki
Program(-y)
Temat(-y)
System finansowania
ERC-STG - Starting GrantInstytucja przyjmująca
69117 Heidelberg
Niemcy