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Tracing the origin and early evolution of animal cell type regulation with genomics and single-cell approaches

Projektbeschreibung

Frühe Tierstämme könnten erklären, wie Zelltypen entstanden sind

In den letzten Jahrzehnten zog das aufstrebende Forschungsgebiet der Genregulationsnetzwerke große Aufmerksamkeit auf sich. Genregulationsnetzwerke spielen bei der Entwicklung, der Differenzierung und der Reaktion auf Umwelteinflüsse eine Rolle, indem sie regulieren, welche Gene wann exprimiert werden. Ursprung und Evolution von Zelltypen bei Tieren stehen mit der entsprechenden Evolution der zugrundeliegenden Genregulationsnetzwerke in Verbindung, doch über beide Aspekte ist bisher wenig bekannt. Das ambitionierte EU-finanzierte Projekt EvoCellMap untersucht die evolutionären Ursprünge der Genomregulation sowie die Evolution wichtiger Zelltypen und deren Genregulationsnetzwerke. Durch die Kombination von Studien einzelner Zellen und verschiedener Spezies an multizellulären, nicht bilateralsymmetrischen Organismen (Metazoa) hat sich das Projektteam vorgenommen, entscheidende Wissenslücken über die Entstehung von Zelltypen und deren Genregulationsnetzwerken zu schließen.

Ziel

Cell types are the fundamental units of animal multicellularity. Distinct cell types are established and maintained by specific gene regulatory networks (GRNs), as well as epigenomic mechanisms that mediate the asymmetric access to genetic information within each cell. This cell regulation results in complex metazoan functions and structures. However, cell types and their regulation have only been characterized in a few species. Therefore, the origin and evolution of animal cell types remain largely unexplored, and so remains the evolution of the underlying GRNs and epigenomic mechanisms.
In this project, we will develop a unified comparative framework to study cell type evolution and regulation from a multi-level and phylogenetic perspective. This project will focus on non-bilaterian metazoan lineages (Porifera, Ctenophora, Placozoa, and Cnidaria) as they are maximally informative towards reconstructing the evolutionary origins of metazoan genome regulation and of major cell types and their GRNs (e.g. neurons, secretory cells, stem cells, epithelial cells). To this end, we will integrate single-cell genomics and epigenomic profiling methods with advanced computational tools in order to: (1) investigate the origins of the animal regulatory genome; (2) characterize the diversity of cell type programs in non-bilaterian metazoans; and (3) model the structure and evolutionary dynamics of cell type-specific GRNs in these lineages.
This evolutionary systems biology approach provides a complementary angle to both phylogenetically-restricted single-cell analyses and traditional cross-species studies based on targeted marker genes. Therefore, our results will fill a large gap of knowledge in our understanding of the origin and diversification of animal cell type programs and epigenomic mechanisms. In a broader context, this research program will provide unprecedented insights into the fundamental question of how cell types and their defining regulatory networks evolve.

Finanzierungsplan

ERC-STG - Starting Grant

Gastgebende Einrichtung

FUNDACIO CENTRE DE REGULACIO GENOMICA
Netto-EU-Beitrag
€ 1 498 070,00
Adresse
CARRER DOCTOR AIGUADER 88
08003 Barcelona
Spanien

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Region
Este Cataluña Barcelona
Aktivitätstyp
Research Organisations
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Gesamtkosten
€ 1 498 070,00

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