Hochdimensionale Attraktoren bei der zellulären Reprogrammierung

• Applicant: Professor Dr. Wolfgang Marwan
• Subject Area: Bioinformatics and Theoretical Biology
• Term: from 2012 to 2015
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 212961874

Stammzellen und differenzierte Zellen können durch die transiente Expression spezifischer Transkriptionsfaktoren wechselseitig ineinander umgewandelt, d.h. reprogrammiert werden. Der sicheren therapeutischen Anwendbarkeit steht die geringe Ausbeute von nur etwa 0,1 bis 10 % des sich meist über mehrere Wochen erstreckenden und nur unzureichend verstandenen Vorgangs im Wege. Die klassische Theorie, daß zwei verschiedene Zelltypen auf vielen alternativen Wegen ineinander überführbar sind, indem das genregulatorische Netzwerk nach transienter Perturbation in entsprechende Zustände relaxiert, die als Attraktoren wirken, erlebt gegenwärtig eine Reneissance von steigendem Interesse auf dem Gebiet der Stammzellforschung. Am Beispiel der vielkernigen Riesenamöbe Physarum polycephalum soll das theoretische Konzept experimentell überprüft und ausgearbeitet werden. Anders als bei Säugerzellen kann die Differenzierungsentscheidung hier zeitlich genau bestimmt und durch zerstörungsfreie mehrfache Entnahme von Protoplasma aus ein- und derselben Zelle im Zeitverlauf auf transkriptioneller Ebene leicht analysiert werden. Die Fusion von Zellen in verschiedenen Zuständen von Proliferation, Determination und Differenzierung führt hier zu alternativen Zelltypen. An Einzelzellen soll auf molekularer Ebene gezeigt werden, auf welchen Trajektorien dies geschieht und welche Attraktoren wirksam sind. Die Rekonstruktion der Quasipotentiallandschaft aus entsprechenden experimentellen Daten könnte pharmakologisch induzierbare Wege zur effizienten Reprogrammierung aufzeigen.

• DFG Programme: Research Grants