Charakterisierung der Genregulierung in entwicklungsbiologischen Prozessen durch Expressionsdaten von einzelnen Zellen

• Antragsteller: Christoph Hafemeister, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Bioinformatik und Theoretische Biologie ; Entwicklungsneurobiologie ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 328558384

Neue Technologien für die Sequenzierung der RNA einzelner Zellen erlauben einen unvoreingenommenen und umfassenden Blick auf die Heterogenität von Zellpopulationen die sonst homogen erscheinen. Diese neuen Methoden liefern wertvolle Informationen, die es ermöglichen 1) zellspezifische Genexpression durch Clusterbildung zu quantifizieren, sowie 2) das dynamische Verhalten von Genen während Entwicklungsprozessen zu verfolgen indem man die Zellen entlang eines Entwicklungspfades ordnet.Da diese Technologien neue Entwicklungen sind, gibt es noch keine Analysemethoden, welche die ganz besonderen Eigenschaften der Daten (wenig detektierte Moleküle, viele Nullen, ungewöhnliche Varianz) berücksichtigen.Mit diesem Vorhaben beabsichtige ich neue Methoden für die Analyse von RNA Expressionsdaten von einzelnen Zellen zu entwickeln, testen und anzuwenden. Der Schwerpunkt liegt auf Methoden, die die Daten von tausenden Zellen auswerten können -- hier werden momentan oft ungeeignete Methoden benutzt die für Zellpopulationsdaten entwickelt wurden. Ich habe vor angepasste Datennormalisierungsmethoden zu entwickeln, welche geeignet sind die Gesamtvarianz der Daten zu zerlegen. Dies erlaubt es das relevante biologische Signal zu untersuchen und technische Faktoren und Signale anderer Herkunft (Zellzyklus) heraus zu rechnen. Ausserdem möchte ich weitere Schritte der Datenanalyse entwickeln und evaluieren. Zum Beispiel das Verringern der Datendimensionalität und Distanzmetriken für die Ähnlichkeitsberechnung zwischen Zellen. Dies wird mir erlauben optimale Clustermethoden und Methoden für das Ordnen von Zellen entlang eines komplexen Entwicklungspfades zu erarbeiten. Ich plane die Erkenntnisse der Methodenentwicklung zu Nutzen um die Differenzierung von neuronalen Vorläuferzellen während der Hirnentwicklung von Mausembryos zu untersuchen, und Genexpression entlang der Entwicklungspfade zu quantifizieren.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Dr. Rahul Satija