Kooperative genetische Mechanismen in der Differenzierung

• Antragsteller: Professor Dr. Andreas Beyer
• Fachliche Zuordnung: Entwicklungsbiologie ; Bioinformatik und Theoretische Biologie ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 398882498

Weiterer Forschungskontext:Unsere Arbeiten zum Übergang von embryonalen Stammzellen der Maus von einer naiven zu einer pluripotenten Identität haben gezeigt, dass diese Entscheidung über den Zellstatus durch mehrere kooperative und teilweise redundante Prozesse gesteuert wird. Diese Redundanz wird durch die Tatsache unterstrichen, dass keine Mutation eines einzelnen Faktors, sondern nur die gleichzeitige Unterdrückung mehrerer Signale bzw. die genetische Deletion mehrerer Faktoren dazu führt, dass der Status der naiven Pluripotenz ‚fixiert‘ wird. Daher werden bei genetischen Ansätzen, die sich auf einzelne Gene konzentrieren, mit Sicherheit wichtige redundante, zusammenhängende Funktionen übersehen, die das Zellschicksal steuern.Ziele:Das Hauptziel dieses Projekts besteht darin, grundlegende Einblicke in die Prozesse zu gewinnen, die unter redundanter genetischer Kontrolle stehen und für den korrekten Entwicklungsverlauf entscheidend sind, indem zwei zentrale Ziele erreicht werden:Ziel 1: Identifizierung redundanter und kooperativer Genaktivitäten beim Verlassen der naiven Pluripotenz mit Hilfe Computer-basierter und neuartiger kombinatorischer Screening-Ansätze.Ziel 2: Untersuchung der molekularen Mechanismen, wie kooperative zelluläre Funktionen den Austritt aus der naiven Pluripotenz ermöglichen und durchführen.Ansatz:Wir haben ein innovatives, mit hohem Durchsatz kompatibles 3D-Zellaggregat-Screening entwickelt, um Paare von interagierenden Genen/Prozessen zu identifizieren, die kooperativ wirken. Dieser Aufbau löst das Problem der Kompartimentierung komplexer Mutationsprofile und Phänotypen und ermöglicht gleichzeitig einen hohen Durchsatz. Molekulare Mechanismen werden durch die Anwendung von genetischen, biochemischen und netzwerkanalytischen Ansätzen aufgedeckt. Diese Methoden werden Daten aus der funktionellen Genetik mit hochdimensionalen molekularen Profilen von Knockouts und Informationen über den Zeitverlauf der Differenzierung kombinieren.Innovation:Konzeptionell ist die kombinierte Aktivität von zwei kooperierenden und teilweise redundanten Genen, die einzeln nur schwache Phänotypen hervorrufen, aber bei gemeinsamer Deletion eine vollständige Differenzierungsblockade verursachen, funktionell wichtiger als die individuelle Aktivität eines einzelnen Gens, das beim Knockout einen starken Phänotyp aufweist. Es gibt also noch viel zu entdecken, und nur wenn wir beginnen, komplexe genetische Interaktionen zu analysieren, werden wir die Entscheidungen über das Zellschicksal wirklich verstehen. Wir gehen davon aus, dass unser Projekt völlig unbekannte Regulierungsmechanismen für Differenzierungsprozesse aufdecken kann, die aufgrund von Redundanzen in genetischen Ansätzen, die auf Einzelfaktoren basieren, nicht zugänglich sind. Wir wollen mit diesem Projekt einen Standard für die Durchführung kombinatorischer Genetik setzen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Österreich
• Kooperationspartner: Dr. Martin Leeb