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Deciphering signalling pathway dynamics during cell-fate commitment in stem cells

Projektbeschreibung

Extrazelluläre Signalstörungen und das Schicksal von Stammzellen

Die Differenzierung von Zellen in reife Zellen mit spezialisierter Form und Funktion wird durch spezifische extrazelluläre Signale gesteuert. Das ist ein hochkomplexer Prozess, der mit räumlicher und zeitlicher Auflösung geregelt wird. Das vom Europäischen Forschungsrat finanzierte Projekt i-SignalTrace zielt darauf ab, vorherzusagen, welche Signalwege in Stammzellen aktiviert werden, wenn sie verschiedenen extrazellulären Signalen ausgesetzt sind. Die Forschenden werden die CRISPR/Cas9-Genomeditierungstechnologie einsetzen, um die Mechanismen der Festlegung des Zellschicksals aufzudecken und zu verstehen, wie sich verschiedene Störungen auf Stammzellen auswirken können. Es wird erwartet, dass die Arbeit grundlegende Erkenntnisse über die Entwicklungsbiologie bereitstellt und die Protokolle für Zelltherapien in der regenerativen Medizin verbessert.

Ziel

Understanding the identity and intensity of the specific extracellular signals that a cell experiences at different times during its differentiation is essential to develop advanced cellular therapies. However, uncovering the sequence of these signaling events, their intensities, timing, and relevance in development and disease is proving to be very challenging.

Here, I propose to build i-SignalTrace: a CRISPR/Cas9-based molecular recorder with the capacity to store both lineage information and signalling pathway activity for multiple signals over time in single cells. By performing kinetic experiments and mathematical modeling, I will use i-SignalTrace to extract the probability of signalling pathways to be activated in stem cells when subject to different extracellular signals and reconstruct the lineage tree of pathway activities during differentiation with single-cell resolution. In combination with single-cell RNA sequencing, i-SignalTrace will make it possible to characterize transition and intermediate states along differentiation trajectories, and quantify the integration between extracellular signals and autonomous programs of gene expression. These results will allow predicting the differentiation trajectories that stem cells follow when subject to external perturbations, and deciphering the role of heterogeneity in signalling pathway activity during cell-fate commitment.

Using i-SignalTrace, I will identify missing or redundant signalling pathways induced during in vitro differentiation protocols. Therefore, I expect that exploitation of i-SignalTrace will allow establishing new criteria to design protocols to differentiate stem cells on demand. As a proof-of-concept, I propose a framework to improve the functionality of monolayer-derived cardiomyocytes. Taken together, i- SignalTrace will find applications in both fundamental developmental biology and translational regenerative medicine, which will benefit a much wider scientific community.

Programm/Programme

Gastgebende Einrichtung

ACADEMISCH ZIEKENHUIS LEIDEN
Netto-EU-Beitrag
€ 1 500 000,00
Adresse
ALBINUSDREEF 2
2333 ZA Leiden
Niederlande

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Region
West-Nederland Zuid-Holland Agglomeratie Leiden en Bollenstreek
Aktivitätstyp
Higher or Secondary Education Establishments
Links
Gesamtkosten
€ 1 500 000,00

Begünstigte (1)