Descrizione del progetto
L’umile riccio di mare fa luce sull’evoluzione dello sviluppo e dei suoi regolatori
Lo sviluppo è un processo complesso e altamente regolato. Tra i regolatori dell’espressione genica sono presenti elementi regolatori del DNA quali promotori ed esaltatori. Le mutazioni nei regolatori svolgono un ruolo non solo negli stati della malattia, ma anche nell’evoluzione di nuove morfologie. In questo modo, comprendere l’evoluzione delle reti di regolazione genica evolutiva diviene un pezzo fondamentale del puzzle dello sviluppo. Il progetto evolSingleCellGRN, finanziato dall’UE, sta applicando metodologie avanzate a singola cellula nel riccio di mare, incluso un saggio di accessibilità della cromatina (ATAC-Seq) recentemente sviluppato che punta ad aree «aperte» al legame e quindi alla regolazione. Esso agevola lo studio delle modificazioni epigenetiche di un intero genoma. L’identificazione di elementi regolatori specifici dei tessuti e la valutazione degli effetti quando sono mutati dovrebbero far luce su come si evolve lo sviluppo.
Obiettivo
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.
Campo scientifico
Parole chiave
Programma(i)
Argomento(i)
Meccanismo di finanziamento
ERC-STG - Starting GrantIstituzione ospitante
10117 Berlin
Germania