Projektbeschreibung
Der unscheinbare Seeigel wirft ein neues Licht auf die evolutionäre Entwicklung und ihre Regulatoren
Die evolutionäre Entwicklung ist ein komplexer und fein regulierter Prozess. Zu den Regulatoren der Genexpression gehören zum Beispiel DNS-regulierende Elemente wie Promotoren und Enhancer. Mutationen von Regulatoren beeinflussen nicht nur Krankheitszustände, sondern auch die Evolution neuer Morphologien. Ein besseres Verständnis der Evolution entwicklungsrelevanter Genregulationsnetzwerke kann daher entscheidend dazu beitragen, die evolutionäre Entwicklung zu entschlüsseln. Das EU-finanzierte Projekt evolSingleCellGRN betreibt seine Forschung an Seeigeln mithilfe von fortschrittlichen Einzelzellverfahren. Dazu zählt auch ein kürzlich entwickelter Assay für die Ermittlung der Chromatinzugänglichkeit (ATAC-Seq), der aufzeigt, in welchen Bereichen eine Bindung und somit auch die Regulierung möglich ist. Das erleichtert die Erforschung von epigenetischen Variationen auf genomweiter Ebene. Die Identifikation von gewebespezifischen regulatorischen Elementen und die Beurteilung ihrer Auswirkungen im mutierten Zustand könnten erklären, wie es zur evolutionären Entwicklung kommt.
Ziel
Cell types in development arise from precise patterns of gene expression driven by differential usage of DNA regulatory elements. Mutations affecting these elements, or proteins binding them, are major contributors to disease and underlie the evolution of new morphologies. To better understand these elements and how they evolve, I introduce a set of single-cell RNA and ATAC-Seq sequencing technologies that: A) Identify tissue-specific regulatory elements and expression profiles by interrogating individual cells, B) Allow for a precise read-out of developmental responses to mutation and perturbation, including cell-fate re-specification, C) Lead to the development of a regulatory-information based concept of homology that will be used to understand developmental evolution. The research makes use of sea urchins. The well-annotated sea urchin regulatory network, a detailed understanding of inductive interactions in early development, and an active body of evolutionary research justify this choice. Using single-cell ATAC-Seq and a new method for resolving single-cell, nascent transcripts, I will build a detailed atlas of sea urchin development and use this atlas to understand how regulatory landscapes change during specification and how they evolve between closely related species. I will also investigate, at single-cell resolution, how larval skeletal cells are regenerated following the loss of a cell lineage that mirrors euechinoid evolution. To better understand the origins of cell types in sea urchins, I will characterize embryos of the cnidarian Nematostella, using shared regulatory sites to define cell types which I will compare to urchins and my previous work in Drosophila. The work will generate single-cell methods for non-traditional model systems and help to resolve the processes by which, and the paths along which, development evolves.
Wissenschaftliches Gebiet
Schlüsselbegriffe
Programm/Programme
Thema/Themen
Finanzierungsplan
ERC-STG - Starting GrantGastgebende Einrichtung
10117 Berlin
Deutschland