Descrizione del progetto
Scoprire le proprietà delle cellule staminali neurali
Le cellule staminali neurali sono un tipo di cellule staminali specializzate che possono dare origine a vari tipi di cellule presenti nel sistema nervoso, tra cui neuroni, astrociti e oligodendrociti. Nonostante il loro promettente ruolo nel mantenimento e nella riparazione del sistema nervoso, l’eterogeneità che le caratterizza ha ostacolato la piena delucidazione della relativa «staminalità». Finanziato dal Consiglio europeo della ricerca, il progetto PEPS mira a svelare le complessità e il potenziale di staminalità di varie popolazioni di cellule staminali neurali nel cervello dei vertebrati, cercando di verificare l’ipotesi secondo cui le interazioni spazio-temporali tra queste diverse cellule coordinerebbero il loro comportamento. I risultati del progetto in relazione alla «staminalità» faranno progredire la nostra comprensione delle cellule staminali neurali e dello sviluppo del sistema nervoso.
Obiettivo
Neural stem cell (NSC) populations in the vertebrate brain generate adult-born neurons for plasticity, growth, and repair. Neurogenic and gliogenic capacity, based on long-term NSC maintenance, functionally define “stemness”. Stemness embodies massive NSC heterogeneity at the single cell level and requires control of maintenance or differentiation decisions at the population level. These features remain mechanistically unreconciled. We hypothesise that spatiotemporal interactions among heterogeneous NSCs are coordinated to control the population behaviour. Thus, we propose a multi-dimensional project exploring these features in time and space, to decode the mechanistic principles of stemness. To this end, we bring together experimental and theoretical groups with complementary expertise in NSC biology, biostatistics and mathematical modelling. In an iterative experimental-mathematical approach, we will (1) solve the topology of individual NSC trajectories in transcriptomic space, (2) identify local cell-cell coordination mechanisms that impact these trajectories in situ, and (3) decode the resulting systemic properties and outputs of NSC ensembles at long-term and large spatial scales. This programme will result in original methods, including retrospective transcriptomics in single cells, innovative barcode transfers, and a novel mathematical framework to describe structured spatio-temporal population dynamics. We will focus on two biological model systems, the adult mouse ventricular sub-ventricular zone and zebrafish pallium, where NSC ensembles display comparable heterogeneity but differ in spatial organisation and fate dynamics. Together, PEPS will uncover the general principles and regulatory mechanisms of perpetuating stemness in time and space. It will lay the conceptual and methodological foundation to manipulate stem cell systems to improve their stability or output, and also produce new methods of universal value for studying cellular systems.
Campo scientifico
Parole chiave
- adult neural stem cells
- zebrafish pallium
- ventricular-subventricular zone
- spatio-temporal population dynamics
- single-cell multi-omics
- Barcoded-transfer connectome
- Brain injury
- Single-cell perturbations
- mathematical modelling
- structured population models
- partial differential equation
- high dimensional statistics
- dimension reduction
Programma(i)
- HORIZON.1.1 - European Research Council (ERC) Main Programme
Argomento(i)
Meccanismo di finanziamento
HORIZON-ERC-SYG - HORIZON ERC Synergy GrantsIstituzione ospitante
69120 Heidelberg
Germania