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Robustness of morphogenesis via noise and mechano-chemical feedbacks

Descrizione del progetto

Come il feedback meccano-chimico trasforma il rumore molecolare in una robusta morfogenesi

I tessuti viventi si sviluppano in strutture straordinariamente coerenti, nonostante il comportamento apparentemente casuale ed eterogeneo delle molecole e delle cellule che interagiscono per formarle (morfogenesi). Alla base di questa affidabilità devono quindi esserci meccanismi di feedback attivi. Il progetto REFINE, finanziato del CER, si propone di svelare il feedback meccano-chimico che consente ai tessuti embrionali di tamponare, e persino sfruttare, questo sfondo “rumoroso” per produrre forme robuste e riproducibili. In un lavoro combinato di modellazione e sperimentazione che include contesti sia in vitro che in vivo, REFINE indagherà sistematicamente come forze, segnali e rumore lavorino insieme per mantenere l’affidabilità dello sviluppo. Le scoperte porteranno alla luce i principi di progettazione che regolano uno sviluppo ottimale.

Obiettivo

Development involves increasingly intricate processes of physical tissue sculpting (morphogenesis), resulting in highly reproducible shapes. The apparent paradox between reproducibility at macroscopic scales, and emerging evidence of extensive heterogeneity and stochasticity at the molecular and cellular scales, suggests that active mechanisms are necessary to ensure morphogenetic robustness. However, as biomechanical theories of morphogenesis have largely ignored the presence and many facets of noise, robustness remains poorly defined.

We hypothesize that mechano-chemical feedbacks between signaling, forces and geometry provide correction mechanisms that not only mitigate noise, but can also, counterintuitively, leverage it to drive robust morphogenesis. By deriving generic noisy mechano-chemical models, we will systematically quantify and dissect the efficiency of different feedback mechanisms underlying morphogenetic robustness, for different physiologically-relevant noise sources. Predictions will be tested via experimental collaborations in selected in vitro and in vivo contexts, where feedbacks and noise can be tuned. We will follow three independent, yet complementary, aims:

Aim 1: Understand how forces, signaling, and noise interact to achieve robust temporal coordination and spatial symmetry during morphogenesis.
Aim 2: Define whether and how noisy initial and boundary conditions act as a source of robust morphogenetic information.
Aim 3: Develop frameworks for unbiased inference of noise and robustness mechanisms from complex morphogenetic datasets.

Recent advances in high-throughput experiments, computational analyses and biophysical theories make it an ideal time to address this longstanding question. With a strong foundation in data-driven modeling of biological stochasticity, cell mechanics and tissue self-organization, our lab is uniquely poised to provide fundamental insights into the design principles underpinning robust development.

Campo scientifico (EuroSciVoc)

Parole chiave

Programma(i)

Argomento(i)

Meccanismo di finanziamento

HORIZON-ERC - HORIZON ERC Grants

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Invito a presentare proposte

(si apre in una nuova finestra) ERC-2025-COG

Vedi tutti i progetti finanziati nell’ambito del bando

Istituzione ospitante

INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY AUSTRIA
Contributo netto dell'UE
€ 1 999 175,00
Indirizzo
Am Campus 1
3400 Klosterneuburg
Austria
Regione
Ostösterreich Niederösterreich Wiener Umland/Nordteil
Tipo di attività
Higher or Secondary Education Establishments
Collegamenti
Costo totale
€ 1 999 175,00

Beneficiari (1)