Entschlüsselung genregulatorischer Netzwerke im Raum

• Antragsteller: Professor Dr. Ivan Gesteira Costa Filho
• Fachliche Zuordnung: Bioinformatik und Theoretische Biologie
• Förderung: Förderung seit 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 388802535

Die räumliche multimodale Genomik bietet eine einzigartige Technologie, um Chromatin- und Transkriptionsveränderungen zu verstehen, die räumlich begrenzte Zelldifferenzierungsprozesse, einschließlich Organogenese und Geweberegeneration, steuern. Allerdings ist die Integration multimodaler Einzeldaten aufgrund modalitätsspezifischer Eigenschaften eine Herausforderung. Bestehende rechnerische Ansätze übersehen räumliche Dimensionen, und die Inferenz von genregulatorischen Netzwerken in Verbindung mit räumlich verteilten Expressionsgradienten bleiben unerforscht. Dieses Projekt zielt darauf ab, diese Lücken durch zwei Hauptziele zu schließen. Zunächst werden wir eine räumlich orientierte kanonische Korrelationsanalyse vorschlagen, um RNA-, offene Chromatin- und Histologiedaten zu integrieren. Zu diesem Zweck werden wir den Einsatz linearer und nicht-linearer CCA-Ansätze zur Erfassung komplexer Zelldifferenzierungsmuster untersuchen. Diese Modelle liefern latente Raumdarstellungen, die zur Segmentierung und Erkennung räumlicher Domänen verwendet werden können. Darüber hinaus untersuchen wir die Interpretierbarkeit kanonischer Komponenten, d. h. sie mit molekularen Merkmalen im Hinblick auf die erkannten räumlichen Domänen in Verbindung bringen. Als nächstes werden wir Berechnungsmethoden für die Inferenz räumlich gesteuerter Differenzierungsgenregulationsnetzwerke vorschlagen. Dazu gehört die Abgrenzung regulatorischer Merkmale wie Chromatinzugänglichkeit, Transkriptionsfaktoraktivität, Enhancer-Gen-Verbindungen, die mit Entwicklungsgradienten verbunden sind, indem die Rauschunterdrückungseigenschaften von CCA-Methoden genutzt werden. Auf diese Weise lassen sich räumlich aufgelöste Genregulierungsnetzwerke ableiten, um TFs, regulatorische Regionen und Expressionsprogramme zu finden, die mit der Zelldifferenzierung oder krankheitsbedingten Zelltransformationen verbunden sind. Anhand dieser Methoden sollen Regulationsmechanismen charakterisiert werden, die mit dem Gewebeumbau bei Nierenerkrankungen zusammenhängen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen