Eine Netzwerk-basierte Annäherung zur Formung von Zellnischeninteraktionen und deren Anwendung bei der Untersuchung der Salamandergliedmaßen

• Antragstellerin: Professorin Dr. Elly Margaret Tanaka, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Entwicklungsbiologie ; Bioinformatik und Theoretische Biologie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 283697158

Die Entscheidung über das Zellschicksal ist ein komplexer Prozess, der mehrere Stufen der Regulation umfasst. Nicht nur das intrinsische genetische Programm der Zelle, sondern auch äußere Einflüsse wie zum Beispiel die Nische (Mikroumgebung) können den Übergang von einem zellulären Zustand zu einen anderen einleiten. Der Nische-Effekt wird durch intrazelluläre Signaltransduktion interpretiert, was wiederum eine Veränderung im genregulatorischen Netzwerk (GRN) der Zelle mit sich bringt. Die Schlüssel-Komponenten der Nische umfassen die direkte Interaktion mit benachbarten Zellen, von anderen Zellen sezernierte Faktoren, immunologische Kontrolle und Umwelteinflüsse, wie Hypoxie. Die Auswirkungen der Nische-Interaktion umfassen die Tendenz zur Differenzierung verschiedener Stammzellen, Epithelial-zu-Mesenchymal Transition, Zellmigration und Regeneration. Der Salamander ist der einzige Tetrapode, bei dem adulte Gliedmaßen alle Gewebebestandteile funktionell regenerieren. Das Verständnis der Mechanismen der Gliedmaßenregeneration beim Salamander hat unmittelbaren Einfluss auf Säuger, einschließlich der Menschen. Es hat sich gezeigt, dass die Regeneration von Mäusegewebe das extrazelluläre Matrix (ECM) Umfeld nutzt, welches ähnlich gekennzeichnet ist wie in der Gliedmaßenregeneration des Salamanders. Daher ist die Erforschung der molekularen Faktoren, die die Gliedmaßenregeneration beim Salamander auslösen, von entscheidender Bedeutung sowohl vom Aspekt der Zell-Nischen-Interaktion als auch der Erkennung der Regeneration bei Säugetieren. Zwar gibt es mehrere Tools, die aktive / inaktive Signalwege ableiten können, aber sie integrieren keine Signalwege mit GRN und sind daher nicht in der Lage wichtige Signalwege, die für die zelluläre Zustandsübergänge verantwortlich sind, vorherzusagen. Hier empfehlen wir eine neue Berechnungsmethode, die Signalwege und GRNs integriert und entwickeln mittels differenzierter Netzwerkanalyse eine systematische Rechenstrategie zur Vorhersage der Schlüsselsignalwege und deren Zielgene.Wir werden diese Verfahren beim Gliedmaßenregenerationssystem des Salamander anwenden und herausfinden, welche Kombinationen der Signalwege für die Regeneration zuständig sind. Der Abschluss dieses Projekts wird zum gemeinschaftlichen Verständnis beitragen und es ermöglichen, dass die Regeneration klinisch nützlicher wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Luxemburg, Österreich
• Kooperationspartner: Professor Dr. Antonio del Sol Mesa, Ph.D.