Zelluläre Ursprünge und Evolution der Plazenta

• Antragsteller: Professor Dr. Simon Anders; Professor Henrik Kaessmann, Ph.D.; Professor Oliver Stegle, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Evolutionäre Zell- und Entwicklungsbiologie der Tiere
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 433034324

Die Plazenta ist ein komplexes Organ, das essenziell für die vorgeburtliche Entwicklung ist und als völlig neue Gewebestruktur in der Evolution der Säugetiere entstanden ist. Sie ist nicht nur wesentlich für die Fortpflanzung, sondern stellt auch ein faszinierendes Modell zur Beantwortung einer grundlegenden biologischen Frage dar: wie entstehen neue Organe im Laufe der Evolution? Bisherige Arbeiten haben erste Einsichten in die strukturelle Evolution der mütterlichen und fetalen Plazenta und der zugrunde liegenden genomischen Veränderungen geliefert. Die zelluläre und regulatorische Evolution der Plazenta und ihre Entwicklung in verschiedenen Säugetieren ist dennoch wenig verstanden. Unser Projekt wird die Evolution der Plazenta detailliert erforschen. Wir werden neueste Techniken der Einzelzell-Sequenzierung verwenden, um Transkriptom- und Epigenom-Daten für den Menschen und sieben andere repräsentative Säugetiere zu produzieren. Die Antragssteller sind ein erfahrener Evolutions-Genomiker (Kaessmann) und zwei Biostatistiker mit ausgewiesener „Omics“-Expertise (Anders, Stegle). Zusammen mit unserem NGS-Partner (NCCT) können wir eine effiziente Datenproduktion und bioinformatische Analysen mit aktuellster Methodik gewährleisten. Unser Projekt hat zwei Ziele: Erstens werden wir die zellulären Differenzierungsprozesse der Plazenten der verschiedenen Säugetieren charakterisieren, um die Entstehung der plazentalen Zelltypen und die Kommunikation zwischen maternalen und fetalen Zellen während der Entwicklung zu verstehen. Vergleiche zwischen den Arten werden ursprüngliche sowie evolutionär neu entstandene Zelltypen aufdecken. Weitere Analysen werden die Veränderungen der Genexpression identifizieren, die den zwischenartlichen Unterschieden der Plazenta zugrunde liegen. Wir werden prüfen, inwieweit zusätzlich zu Veränderungen der Expression alter Gene die Entstehung neuer Gene wesentlich für die Evolution der Plazenta war und inwiefern artspezifische Eigenschaften der Plazenten spät in der Entwicklung entstehen. Zweitens werden wir die genregulatorischen Netzwerke beleuchten, welche die zelluläre Plazentaentwicklung der verschiedenen Säugetiere steuern; wir werden dabei vor allem die Transkriptionsfaktoren untersuchen, welche die Zelltypen festlegen. Zwischenartliche Vergleiche werden wichtige ursprüngliche sowie artspezifische regulatorische Muster enthüllen. Wir werden insbesondere sehen, inwieweit die phänotypische Evolution der Plazenta auf Veränderungen von Transkriptionsfaktoren oder von genspezifischen regulatorischen Elementen (Enhancern) hervorgegangen ist. Unsere Studie wird unser Verständnis der Evolution der Plazenta erheblich voranbringen und wesentliche molekulare Merkmale für erfolgreiche Gestationen in verschiedenen Arten enthüllen. Unser Projekt wird deshalb auch eine neue Sicht auf die einzigartige reproduktive Biologie unserer eigenen Spezies liefern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen