Descrizione del progetto
Principi alla base del modello embrionale
Le oscillazioni di segnalazione durante la segmentazione dell’embrione sono regolate da un meccanismo molecolare oscillatorio chiamato orologio di segmentazione. L’orologio di segmentazione è legato all’attività periodica della via Notch, Wnt e Fgf nelle cellule del mesoderma presomitico (PreSomitic Mesoderm, PSM). Le cellule PSM mostrano una sincronizzazione complessa e collettiva che si traduce in modelli di attività simili a onde che si estendono periodicamente lungo l’asse embrionale. Il progetto CollectiveDynamics, finanziato dall’UE, studia l’emergere della sincronizzazione collettiva e come le celle PSM decodifichino i tempi relativi delle oscillazioni delle vie di segnalazione. La proposta si basa sulla scoperta che il tempo relativo tra le oscillazioni Wnt/Notch è fondamentale per un corretto schema dei mesodermi. I ricercatori hanno stabilito una strategia di entrainment che consente un preciso controllo sperimentale della dinamica delle oscillazioni. Usando il modello del pesce medaka, essi armonizzeranno e sfideranno la sincronizzazione collettiva in vivo per affrontare l’integrazione delle oscillazioni della via di segnalazione con le dinamiche di crescita.
Obiettivo
In this proposal, we study collective signaling oscillations during embryonic patterning. Signaling oscillations during vertebrate embryo segmentation are governed by a molecular oscillatory machinery referred to as segmentation clock (Palmeirim et al., 1997). The segmentation clock is linked to periodic activity of the Notch, Wnt and Fgf pathway in presomitic mesoderm (PSM) cells (period~2 hours in mouse embryos). Importantly, PSM cells display complex, collective synchronization and, as a result, wave-like activity patterns (phase waves) sweep periodically along the embryonic axis. We have previously shown that phase waves are an emergent and collective phenomenon in PSM cells (Tsiairis and Aulehla, 2016).
Conceptually, this proposal builds on our previous discovery that the relative timing between Wnt/Notch oscillations is critical for proper mesoderm patterning (Sonnen et al., 2018). What are the principles underlying the emergence of collective synchronization and how do PSM cells decode relative timing of signalling oscillations?
As outlined in this proposal, we are now in a unique position to address these fundamental questions in novel ways. Importantly, we have established an entrainment strategy that enables, for the first time, precise experimental control of oscillation dynamics (Sonnen et al., 2018). Our strategy is to further expand the entrainment approach, including the future use of optogenetics, and also combine it with our expertise in quantitative, multi-scale analysis of signalling dynamics and functional, genetic perturbations.
A central aim of this ERC proposal is to build on discoveries made in versatile in vitro assays that we developed and to address their significance in vivo. To this end, we propose a novel line of research using the medaka fish model. We will entrain and challenge collective synchronization in vivo to address how signalling oscillations are integrated with growth dynamics to yield robust embryonic patterning.
Campo scientifico
Parole chiave
Programma(i)
Argomento(i)
Meccanismo di finanziamento
ERC-COG - Consolidator GrantIstituzione ospitante
69117 Heidelberg
Germania