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Unraveling the role of transposable elements in the evolution of the gene-regulatory-networks driving limb regeneration in Axolotl

Projektbeschreibung

Auf der Suche nach den Geheimnissen im genetischen Code des Salamanders

Der Verlust einer Extremität hat erhebliche emotionale und körperliche Auswirkungen und beeinflusst langfristig Mobilität sowie Funktionsfähigkeit, was eine Beeinträchtigung für die Betroffenen, ihre Familien und die Gesundheitssysteme darstellt. Prothesen, die gegenwärtig die beste Lösung darstellen, weisen ihre ganz eigenen Herausforderungen auf, da es beispielsweise schwierig ist, eine bequeme Passform oder einen höheren Funktionsgrad zu realisieren. Die Regeneration von Geweben, Organen und Organsystemen ist daher ein aktiver Forschungsbereich. Das im Rahmen der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen unterstützte Projekt TRANSPOLOTL wird Profile der molekularen Mechanismen, die der Regeneration bei Salamandern zugrunde liegen, sowie jener Kräfte erstellen, die deren Entwicklung vorangetrieben haben. Von Erkenntnissen über die Veränderungen, dank derer die Salamander zur Regeneration fähig sind, erhoffen sich die Forschenden neues, für die regenerative Medizin relevantes Wissen.

Ziel

Salamanders are unique among tetrapods in that they possess the unrestricted capacity to fully regenerate limbs upon amputation. Why is this the only tetrapod taxon harbouring such a striking regenerative potential and how did it evolve are two of the biggest outstanding questions in regenerative research. Over the past two decades, transposable elements (TEs) have emerged as one of the major drivers of regulatory evolution, and it has yet to be explored whether their spectacular numbers in salamander genomes might provide a rationale for the emergence of such an extraordinary phenotype.

The first aim of this work will be to develop an ensemble of state-of-the-art, long-read sequencing compatible approaches to profile the highly-repetitive Axolotl genome and identify the full complement of cis-regulatory-elements (CREs) driving limb regeneration. Two methyltransferase-based technologies for the profiling of chromatin accessibility and histone modifications will be developed, applied to the regenerating limb at different timepoints and later used to identify TE-derived CREs.

This approach will not only shed light on the evolution and molecular mechanisms of limb regeneration but will also set the stage for the provocative possibility of using TEs to rewire mammalian gene-regulatory-networks (GRNs) and enable regeneration. While extensively employed in a wide range of genome engineering approaches, TEs have yet to be harnessed for the regulatory rewiring of GRNs in a directed evolution context. As part of the second aim of this work, I will establish an innovative, TE-based system for the regulatory rewiring of GRNs and employ it to screen for synthetic GRNs capable of reprogramming mouse fibroblasts into a limb-bud-like state, just as it occurs during regeneration in axolotl. Ultimately, by understanding the evolutionary mechanisms behind the emergence of limb regeneration, this work aims to provide an uncharted avenue for the development of regenerating mammals.

Wissenschaftliches Gebiet (EuroSciVoc)

Schlüsselbegriffe

Programm/Programme

Thema/Themen

Finanzierungsplan

MSCA-IF - Marie Skłodowska-Curie Individual Fellowships (IF)

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Aufforderung zur Vorschlagseinreichung

(öffnet in neuem Fenster) H2020-MSCA-IF-2020

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Koordinator

INSTITUT FUER MOLEKULARE BIOTECHNOLOGIE GMBH
Netto-EU-Beitrag
€ 36 284,80
Adresse
DR BOHRGASSE 3
1030 Wien
Österreich
Region
Ostösterreich Wien Wien
Aktivitätstyp
Private for-profit entities (excluding Higher or Secondary Education Establishments)
Links
Gesamtkosten
€ 36 284,80

Beteiligte (1)