Christian Schröter

Dynamik der Zelldifferenzierung



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Forschung im Überblick

Zellen im Embryo und im erwachsenen Organismus müssen ständig Entscheidungen darüber treffen, sich selbst zu erneuern oder zu differenzieren, um spezifische Aufgaben zu übernehmen. Diese Entscheidungen werden von einer Kombination von extrazellulären Signalen und dem internen Zustand der Zelle gesteuert. Ziel unserer Arbeit ist es, zu verstehen, wie Zellen extrazelluläre Signale intern abbilden und mit ihrem aktuellen Zustand verrechnen, um Differenzierungsentscheidungen zu treffen. Wir bearbeiten diese Frage anhand von Zelldifferenzierungsentscheidungen der Embryonalentwicklung und benutzen embryonale Stammzellen der Maus (mESCs) als experimentelles System, in dem die Dynamik dieser Entscheidungen leicht zugänglich ist. mESCs teilen sich in der Zellkulturschale in einem undifferenzierten Zustand für unbegrenzte Zeit. Gleichzeitig behalten sie die Fähigkeit, sich nach Injektion in den Embryo oder durch Behandlung mit Signalmolekülen in der Zellkulturschale in alle Zelltypen des erwachsenen Organismus zu spezialisieren. Diese Fähigkeit nutzen wir aus, um zu untersuchen, wie mESCs die Konzentrationen von extrazellulären Signalmolekülen in intrazelluläre Aktivierungsmuster von Signalkaskaden übersetzen und wie diese Muster spezifische Differenzierungsschritte kontrollieren. Außerdem fragen wir, wie Zellen Informationen verrechnen, die von verschiedenen Signalmolekülen vermittelt werden und wie sie das Ergebnis dieser Rechenoperation in stabile, zelltypspezifische Genexpressionsprogramme übersetzen. Schließlich wollen wir verstehen, wie Signalmoleküle Differenzierungsentscheidungen auf der Ebene von Zellpopulationen koordinieren, um die Bildung von Geweben zu ermöglichen.
Ziel aller unserer experimentellen Ansätze ist es, die Grundlagen von Differenzierungentscheidungen mit vorraussagekräftigen mathematischen Modellen zu beschreiben. Dazu erheben wir quantitative, zeitaufgelöste Daten, die wir in Zusammenarbeit mit Theoretikern zur Formulierung und zum Testen dieser Modelle verwenden.


Ausgewählte Publikationen

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Schröter C, Rué P, Mackenzie JP, Martinez Arias A (2015). FGF/MAPK signaling sets the switching threshold of a bistable circuit controlling cell fate decisions in embryonic stem cells. Development 142:4205–16.
doi:10.1242/dev.127530.

Freyer L, Schröter C, Saiz N, Schrode N, Nowotschin S, Martinez Arias A, et al (2015). A loss-of-function and H2B-Venus transcriptional reporter allele for Gata6 in mice. BMC Dev Biol 15:38.
doi:10.1186/s12861-015-0086-5.

Mulvey CM, Schröter C, Gatto L, Dikicioglu D, Fidaner IB, Christoforou A, et al (2015). Dynamic Proteomic Profiling of Extra-Embryonic Endoderm Differentiation in Mouse Embryonic Stem Cells. Stem Cells 33:2712–25.
doi:10.1242/dev.127530.

Martinez Arias, A., Nichols, J. and Schröter, C (2013). A molecular basis for developmental plasticity in early mammalian embryos. Development 140, 3499–3510.
doi: 10.1242/dev.091959


 
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