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The Stressed Cell as a Physical Aging Problem

Description du projet

La physique statistique permet de mieux comprendre les états des cellules stressées

Les cellules constituent des micro-environnements très complexes, où de multiples interactions ont lieu simultanément entre tous les composants. Cela rend l’application de méthodes statistiques pour évaluer le comportement des cellules de plus en plus difficile. Le projet StatCell, financé par l’UE, souhaite relever ce défi en introduisant un cadre expérimental et théorique pour la description de la physique statistique des cellules soumises à un stress aigu. En combinant des techniques de biologie cellulaire de pointe, StatCell permettra d’identifier les conditions du réseau cellulaire qui peuvent être prédites quantitativement par un cadre de physique statistique. Les travaux du projet permettront de mieux comprendre les mécanismes cellulaires du vieillissement et des maladies.

Objectif

Statistical physics successfully accounts for phenomena involving a large number of components using a probabilistic approach with predictions for collective properties of the system. While biological cells contain a very large number of interacting components, (proteins, RNA molecules, metabolites, etc.), the cellular network is understood as a particular, highly specific, choice of interactions shaped by evolution, and therefore not amenable to a statistical physics description. My premise is that when a cell encounters an acute, but non-lethal, stress, its perturbed state can be modelled as random network dynamics, rather than as a regulated response. Strong perturbations may therefore reveal the dynamics of the underlying network that are amenable to a statistical physics description. Based on the striking similarity between our data on stressed bacteria and physical aging in disordered systems, my goal is to develop an experimental and theoretical framework for the statistical physics description of cells exposed to strong perturbations. We will critically probe the predictions of the statistical model using a multidisciplinary approach combining three frontline methodologies: (1) dynamics of single bacteria under acute stress in microfluidic devices and single cell transcriptomics; (2) theoretical framework and simulations for cellular networks under acute stress; and (3) new biophysical measurements of the transition from the regulated to the disrupted cellular network. This approach should provide a paradigm shift in the analysis of cells under stress, differentiating between conditions described by the regulation of gene networks from those that can be quantitatively predicted by a statistical physics framework. The new knowledge should lead to innovative ways of controlling the cellular network under strong perturbations, with implications ranging from new methodologies for synthetic biology to new avenues for treating bacterial infections and cancer.

Champ scientifique (EuroSciVoc)

Mots‑clés

Programme(s)

Thème(s)

Régime de financement

HORIZON-ERC - HORIZON ERC Grants

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Appel à propositions

(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) ERC-2021-ADG

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Institution d’accueil

THE HEBREW UNIVERSITY OF JERUSALEM
Contribution nette de l'UE
€ 2 497 500,00
Coût total
€ 2 497 500,00

Bénéficiaires (1)