Opis projektu
Badanie interakcji w różnej skali biologicznej
Nowe właściwości formy i funkcji, występujące w różnych skalach biologicznych, często mają wpływ na białka, DNA i RNA, składowe niższego rzędu głównego dogmatu biologii. Ilościowe określenie wpływu tych odgórnych efektów jest bardzo istotne, ponieważ pozwala przewidywać i zrozumieć złożoność określania losu komórki. W ramach finansowanego ze środków UE projektu CROSSINGSCALES zostanie przeprowadzone obrazowanie ilościowe i transkryptomika całego genomu na hodowle komórek macierzystych i wczesne zarodki danio pręgowanego. Działania te pozwolą odnieść się do wspomnianych wcześniej aspektów. Wyniki dadzą holistyczny obraz stanów jądra i chromatyny, ekspresji genów, organizacji subkomórkowej i organizacji w skali tkankowej w milionach pojedynczych komórek. Projekt przyczyni się do zrozumienia dynamicznych, kontrolowanych w sposób przestrzenno-czasowy interakcji ekspresji genów i sygnalizacji komórkowej, które decydują o kształcie życia, jakim je znamy.
Cel
The central dogma in biology often invokes a bottom-up picture of life. However, at different biological scales, new properties in form and function arise that have a superseding causal impact on the behaviour of the lower-scale components from which these new properties emerge. These top-down or reverse scale-crossing effects must be taken into account in order to make predictions about spatiotemporally controlled single-cell fates, activities, levels of gene expression, or the functional outcome of cellular signalling. They can stem from the multicellular, the cellular, and the intracellular scale, and can be quantified using multiscale and multiplexed RNA and protein state imaging in combination with computer vision and data-driven modelling. The ability to comprehensively map these reverse causal effects across multiple scales has the potential to revolutionize most, if not all domains of biology and medicine. In this project, we will establish the importance of reverse causal effects in human induced pluripotent stem cells and early D. rerio embryos. To achieve this, we will develop a quantitative imaging method beyond the diffraction limit of light without compromising scalability in temporal and spatial dimensions. We will also develop a method that achieves scalable, transcriptome-wide image-based multiplexing of mRNA transcripts, and we will extend our computer vision approaches to higher resolution and to three spatial dimensions. These methods will be systematically applied to stem cell collectives grown in 2D and 3D, as well as to early embryos, achieving comprehensive quantification of nuclear and chromatin states, gene expression, subcellular organization, cellular states, and tissue-scale organization across millions of individual cells within the same dataset. These datasets will be used to quantify how, at different scales, new properties in form and function arise that have a superseding causal impact on the behaviour of the lower-scale components
Dziedzina nauki
- natural sciencesbiological sciencesbiochemistrybiomoleculesproteins
- natural sciencescomputer and information sciencesartificial intelligencecomputer vision
- medical and health sciencesmedical biotechnologycells technologiesstem cells
- natural sciencesbiological sciencesgeneticsRNA
- medical and health sciencesclinical medicineembryology
Słowa kluczowe
Program(-y)
Temat(-y)
System finansowania
ERC-ADG - Advanced GrantInstytucja przyjmująca
8006 Zurich
Szwajcaria