Untersuchung von intra- und interzellulären Mechanismen der zellulären Identitätsentscheidung in olfaktorischen sensorischen Neuronen

• Antragsteller: Antonio Scialdone, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen ; Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 448727785

Zellen können verschiedene, vererbbare Identitäten annehmen als Reaktion auf externe Signale und stochastische Ereignisse während eines Prozesses, der zelluläre Differenzierung genannt wird. Dieser Prozess ist entscheidend für die Entwicklung in vielzelligen Organismen und beinhaltet komplexe regulatorische Ereignisse sowohl auf Einzelzellniveau als auch auf der Ebene von Gruppen interagierender Zellen. Das Projekt zielt darauf ab, zelluläre Differenzierungsentscheidungen sowohl auf intra- als auch auf interzellulärer Ebene zu untersuchen, indem das olfaktorische System der Maus als Modell verwendet wird. Wir werden einen Ansatz verwenden, der auf bioinformatischen und physikalischen Modellen basiert und auf unseren eigenen experimentellen Vorarbeiten aufbaut. In Zusammenarbeit mit der Gruppe von Dr. Luis Saraiva werden wir ein iteratives Verfahren der Modelerstellung, Vergleich mit den experimentellen Daten, Formulierung von Vorhersagen und experimenteller Verifikation durchführen. Bei Tieren ist das olfaktorische Geruchsystem grundlegend für das Überleben und die Fortpflanzung. Die meisten Säugetiere haben ein komplexes Geruchsystem mit mehreren Organen und Zelltypen. Insbesondere aktiviert jede der Zellen verantwortlich für Geruchserkennung - die Olfaktorischen Sensorischen Neuronen (OSNs) - nur ein einziges, zufällig ausgewähltes Geruchsrezeptorgen (OR) aus Tausenden mittels eines weitgehend unbekannten Mechanismus, der eine intrazelluläre Veränderung der räumlichen Chromatinorganisation beinhaltet. Darüber hinaus hängt die Aktivierungswahrscheinlichkeit für jedes OR davon ab, in welcher Region des olfaktorischen Epithels (OE) das OSN sitzt, was auf ein gewisses Maß an interzellulärer Koordination zwischen verschiedenen OSN hinweist. Wir werden quantitative Modelle für die OR-Auswahl basierend auf statistischer Physik erstellen, die die Schlüsselrolle der Chromatinorganisation in diesem Prozess erklären können. Darüber hinaus werden wir mithilfe eines räumlich abgegrenzten Transkriptom-Datensatzes, der vom Saraiva-Labor generiert wurde, mithilfe computergestützter Methoden erstmals eine 3D-Karte von Genexpressionsmustern innerhalb des OE erstellen. Diese Daten werden dann verwendet, um unser Modell für die OR-Auswahl anzupassen, um vorherzusagen, welche Parameter geändert werden müssen, und um die räumlichen Muster der OR-Expression im OE zu reproduzieren. Zusammenfassend verwendet dieses Projekt komplementäre Ansätze, die sowohl das Vorhersagepotential von quantitativen Modellen als auch die Information aus experimentellen Transkriptomdaten nutzen, um die zelluläre Differenzierung im olfaktorischen System aufzuklären. Solch ein interdisziplinärer Ansatz bietet ein Rahmenkonzept, das entsprechend adaptiert werden kann um das Wechselspiel zwischen intra- und interzellulären Mechanismen während der zellulären Differenzierung in anderen biologischen Systemen zu erforschen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen