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Control mechanisms and robustness of multicellular symmetry breaking

Descrizione del progetto

Comprendere la rottura della simmetria nello sviluppo animale

Capire come si sviluppa la pianta del corpo di un animale è una sfida complessa, ostacolata dal divario tra ricerca genetica e biofisica, oltre che dalla mancanza di metodi per ricreare l’organizzazione dei tessuti multicellulari. Il progetto BREAKDANCE, finanziato dal CER, si propone di studiare lo sviluppo animale precoce, in particolare come la differenziazione cellulare rompe la simmetria e stabilisce l’asse del corpo. Esaminando la geometria dei tessuti, i confini fisici e le interazioni cellulari, scoprirà i meccanismi alla base di questo processo. Il progetto si interroga su alcune domande chiave, ad esempio come la forma, le dimensioni e la geometria influenzano il comportamento e il destino delle cellule nelle varie specie. Usando cellule staminali embrionali di topo, pesce zebra e umane, il progetto svilupperà nuovi metodi per studiare la dinamica dei tessuti. I risultati del progetto contribuiranno alla progettazione di tessuti e organi artificiali.

Obiettivo

Understanding the establishment of an animal body plan is an important challenge of modern biology. Progress has been mainly limited by (1) a separation of research fields studying genetic and biophysical mechanisms, and (2) a lack of approaches to mimic multicellular tissue organization from first principles. In a cross- disciplinary effort, we will focus on the earliest stages of animal development, when first steps of cell differentiation define the primary body axis through spatial symmetry breaking, laying the foundation for the future body plan. Our goal is to identify the fundamental mechanisms controlling this symmetry breaking process. To this end, we will study in detail the interplay between global tissue geometry (shape, size, and dimension), physical boundary conditions, and mechano-chemical cell interactions. Therefore, we address the following questions: (i) How do global shape and size control local cellular states and interactions? (ii) How do local cellular states and interactions induce robust symmetry breaking at the tissue level? (iii) To which extent can geometry control cell fate specification in a species-independent manner? To overcome previous limitations, we will establish a comprehensive methodological toolbox of synthetic bottom-up approaches and functional ex-vivo assays. We use as model systems mouse, zebrafish, and later also human embryonic stem cells. This will be combined with advanced biophysical techniques and theoretical modeling in order to systematically dissect the mutual couplings between genetic patterning mechanisms and morphogenetic processes, thereby revealing the multicellular dance underlying tissue symmetry breaking. Our results will shed new light on the long-standing question of how complex biological forms are robustly built from a single fertilized egg, impacting on our understanding of organism development and maintenance, and opening new directions for the controlled design of artificial tissues and organs.

Campo scientifico (EuroSciVoc)

Parole chiave

Programma(i)

Argomento(i)

Meccanismo di finanziamento

HORIZON-ERC-SYG - HORIZON ERC Synergy Grants

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Invito a presentare proposte

(si apre in una nuova finestra) ERC-2022-SYG

Vedi tutti i progetti finanziati nell’ambito del bando

Istituzione ospitante

EUROPEAN MOLECULAR BIOLOGY LABORATORY
Contributo netto dell'UE
€ 2 841 355,00
Indirizzo
Meyerhofstrasse 1
69117 Heidelberg
Germania
Regione
Baden-Württemberg Karlsruhe Heidelberg, Stadtkreis
Tipo di attività
Research Organisations
Collegamenti
Costo totale
€ 2 841 355,00

Beneficiari (4)