Inferenz von Differenzierungsentscheidungen aus Stammzellgenealogien

• Antragsteller: Dr. Carsten Marr
• Fachliche Zuordnung: Bioinformatik und Theoretische Biologie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 251151982

Eine Differenzierungsentscheidung von Blutstammzellen lässt sich inEinzelzellexperimenten durch die Expression eines geeignetenfluoreszierenden Markerproteins feststellen. Zwischen der Entscheidungder Zelle und dem beobachtbaren Fluoreszenzsignal besteht jedoch einegewisse Verzögerung. In diesem Projekt wollen wir den tatsächlichenDifferenzierungszeitpunkt aus Stammbäumen von Blutstammzellenermitteln. Die Synchronizität des Einsetzens eines Markers zwischenSchwesterzellen, Cousinen, etc. erlaubt dabei die Zerlegung derDifferenzierungsdynamik in zwei Prozesse: Differenzierungsentscheidungund Markeraktivierung. Wir werden zunächst zelluläre Stammbäume miteinem generativen Modell erzeugen, wobei wir verschiedene molekulareMechanismen für die beiden Prozesse studieren. Daneben prozessierenund analysieren wir Stammzellbäume von Blutzellen aus dem Knochenmarkvon Mäusen (bereitgestellt vom Labor von Timm Schroeder, Stem CellDynamics research unit, Helmholtz Zentrum München). In diesenStammzellbäumen, die auf getrackten Einzelzell-Mikroskopiedatenbasieren, wird das Einsetzen des Markersignals annotiert oderquantitative bestimmt. Mit neuen und weiterentwickelten Methoden zurBauminferenz bestimmen wir den exakten Differenzierungszeitpunkt injedem Baum. Mit diesem Wissen können wir molekulare Mechanismen derMarkeraktivierung, den Einfluss von Linien-entscheidenden Faktoren,sowie mögliche räumliche Abhängigkeiten zwischen Zellen analysierenund besser verstehen. Die in diesem Projekt entwickelten Methodenlassen sich auf beliebige Stammbäume von differenzierenden undheterogenen Zellpopulationen, sowie verschiedene Nachweismethoden(morphologischen Veränderungen, oder Apoptose in spezifischenBedingungen) übertragen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen