Regulation von Transkription und Zellidentität durch die Dynamik der FGF/ERK Signalleitung in embryonalen Stammzellen

• Antragsteller: Dr. Christian Schröter
• Fachliche Zuordnung: Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Entwicklungsbiologie ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 441798639

Die Differenzierung von Vorläuferzellen in verschiedene spezialisierte Zelltypen ist ein zentraler Vorgang während der Embryonalentwicklung sowie während der Gewebehomöostase im erwachsenen Organismus. Extrazelluläre Signalstoffe spielen bei der Regulation der Zelldifferenzierung eine entscheidende Rolle, indem sie durch die Aktivierung von intrazellulären Signalsystemen die Transkription von zelltypspezifischen Zielgenen steuern. Wie diese intrazellulären Signalsysteme quantitative Informationen, wie z.B. über die Konzentration eines extrazellulären Signalstoffes, an die Transkriptionsmaschinerie übertragen ist noch kaum verstanden. Wir bearbeiten diese Frage am Beispiel der Signalleitung vom Fibroblastenwachstumsfaktor (FGF) durch die Kinase ERK in embryonalen Stammzellen (ESCs) der Maus. FGF/ERK Signale sind essentiell für die Differenzierung von ESCs in vitro, was die Rolle dieses Signaltransduktionssystems für die Differenzierung der ersten Zelltypen des Säugerembryos wiederspiegelt. In diesem Projekt werden wir die Zugänglichkeit des ESC-Systems für Lebendzellmikroskopie nutzen, und mittels verschiedener Sensoren auf Einzelzellebene untersuchen welche Rolle die Dynamik sowohl der ERK-Aktivität als auch der transkriptionellen Aktivität für die Informationsleitung von der Plasmamembran zur Genexpression spielt. Unsere zentrale Hypothese ist, dass spezifische dynamische ERK Aktivierungsmuster quantitative Informationen über die Konzentration eines Signalstoffes kodieren und an die Genexpressionsmaschinerie übertragen können. Unsere Untersuchungen zur Rolle der dynamischen Kodierung von FGF Signalen in ESCs können zu einem neuen Verständnis quantitativer Aspekte von Signalleitungsvorgängen und deren Dekodierung auf transkriptioneller Ebene in unterschiedlichen Systemen führen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen