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Oscillatory signaling dynamics – a quantitative approach to reveal their origin and function in development

Description du projet

Profilage des trois voies de signalisation oscillatoires dans le développement de l’embryon murin

L’activité synchronisée et rythmique est une caractéristique des organismes multicellulaires. Elle est manifeste dans des phénomènes tels que les oscillateurs circadiens, les oscillations neuronales pendant le sommeil et les oscillations de signalisation spatio-temporelle pendant le développement embryonnaire. Dans les modèles murins de développement embryonnaire, il a été constaté que l’activité de trois grandes voies de signalisation oscillait sur une période d’environ 2 heures. Le projet Oscillations, financé par le Conseil européen de la recherche, quantifiera les activités de ces voies, la dynamique des protéines qui y est associée ainsi que leurs interrelations. L’équipe aura recours à une combinaison high-tech d’imagerie quantitative en temps réel, de nouveaux essais ex vivo et de perturbations fonctionnelles multimodales pour identifier la manière dont naissent ces oscillations et dont elles modulent le schéma de développement dans l’embryon.

Objectif

This project aims to reveal the origin and principal functions of spatiotemporal signalling oscillations in the context of embryonic development. Vertebrate embryo segmentation offers a particularly suitable context to study an assembly of ultradian, genetic oscillators, which in addition, exhibit striking synchronization that generates periodic, wave-like patterns.

Using the mouse model, in which three major signalling pathways (Wnt, Notch and Fgf) have been found to oscillate in activity with a period of ~2 hours, we aim to address the following key questions: How do signalling gradients control higher-order, spatiotemporal synchronization of genetic oscillators? What is the role of self-organization? What is the function of spatiotemporal signalling dynamics that are phase-shifted between multiple pathways for developmental patterning? To address these challenging questions, we bring together a unique combination of quantitative real-time imaging, novel ex vivo assays and multi-modal, i.e. genetic, chemical and physical functional perturbations.

To this end, we propose to employ customized knock-in reporter mouse lines developed in my lab and cutting edge microscopy for simultaneous quantification of multiple, oscillating signaling pathway activities and protein dynamics. We aim to combine these dynamic quantification with novel functional perturbations which are made possible due to a critical technical breakthrough achieved in my lab: an ex vivo primary cell culture assay that recapitulates mouse mesoderm patterning, including complex oscillatory wave patterns, and segment formation, in a simplified, 2-dimensional (2D) context. This ex vivo assay will allow an unprecedented versatility of (time-resolved) perturbations and simultaneous quantitative, dynamic read-out at both molecular and phenotypic level.

Our approach thus has an outstanding potential and is ideally positioned to reveal how temporal order emerges and impacts on developmental patterning.

Champ scientifique (EuroSciVoc)

Programme(s)

Thème(s)

Régime de financement

ERC-STG - Starting Grant

Voir tous les projets financés dans le cadre de ce programme de financement

Appel à propositions

(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) ERC-2014-STG

Voir tous les projets financés au titre de cet appel

Institution d’accueil

EUROPEAN MOLECULAR BIOLOGY LABORATORY
Contribution nette de l'UE
€ 1 439 919,00
Adresse
Meyerhofstrasse 1
69117 Heidelberg
Allemagne
Région
Baden-Württemberg Karlsruhe Heidelberg, Stadtkreis
Type d’activité
Research Organisations
Liens
Coût total
€ 1 439 919,00

Bénéficiaires (1)