Project

Back to overview

Molecular principles of cellular compartmentalization through liquid phase transitions

English title Molecular principles of cellular compartmentalization through liquid phase transitions
Applicant Pelkmans Lucas Lodewijk
Number 157816
Funding scheme Temporary Backup Schemes
Research institution Institut für Molekulare Biologie Universität Zürich
Institution of higher education University of Zurich - ZH
Main discipline Molecular Biology
Start/End 01.05.2015 - 30.04.2020
Approved amount 1'999'680.00
Show all

All Disciplines (4)

Discipline
Molecular Biology
Biochemistry
Genetics
Cellular Biology, Cytology

Keywords (6)

Genetic interactions; Image-based screening; Single-cell transcriptomics; Membrane-less compartmentalization; Phase separation; Kinases

Lay Summary (German)

Lead
Wie Zellen die Bildung von membranlosen Organellen regulieren
Lay summary

Alle eukaryotische Zellen verwenden Membranen, um funktional abgegrenzten Bereichen zu bilden, in denen spezielle Prozesse ablaufen. Diese Art der zellulären Unterteilung wurde umfangreich charakterisiert und ist weitgehend verstanden, ist jedoch nicht die einzige Form: Zellen können sich auch ohne Membran funktionell untergliedern. Diese Art der Unterteilung, die sich in allen Zellen einschliesslich Prokaryoten findet, könnte die evolutionsbiologisch weitaus ältere Form darstellen. Ihr liegt der physikalisch-chemische Prozess der Phasentrennung zu Grunde, bei dem sich zwei Flüssigkeiten von einander abtrennen. Im Gegensatz zu membranbegrenzten Organellen verstehen wir sehr wenig von den molekularen Mechanismen der Entstehung und der Regulierung von membranlosen Organellen.

Dieses Projekt hat das Ziel, einen allgemeinen Mechanismus der Regulierung dieser Art der zellulären Unterteilung zu entdecken, basierend auf Protein-Kinasen (Enzyme), die die wesentliche Eigenschaft besitzen, zwischen membranlosen Organellen und dem Zell- oder Kernplasma zu pendeln. Wir werden diese Protein-Kinasen identifizieren und sie den verschiedenen membranlosen Organellen in der Zelle zuordnen. Wir werden den Mechanismus, mit dem die Protein-Kinasen zwischen Organelle und Plasma changieren, im Detail analysieren, und werden mit genetischen Methoden die Komplexität ihrer Regulation erfassen. Schliesslich werden wir untersuchen, wie dieser Mechanismus an der funktionellen Kompartmentalisierung des Transkriptoms in Säugetierzellen beteiligt ist.

 

Direct link to Lay Summary Last update: 18.02.2015

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Abstract

This proposal will study a generalizable molecular regulatory principle of a fundamental but poorly understood process occurring in eukaryotic cells, namely the membrane-less compartmentalization of cyto- and nucleoplasm through liquid phase transitions. It will build on our recent discovery of a cyclic partitioning mechanism displayed by the dual-specificity kinase DYRK3, and extend it to multiple protein kinases. We propose that this cycle allows liquid-liquid unmixing to be regulated and coupled to other cellular processes, comparable to the role of the RabGTPase cycle in the regulation of membrane-bound compartmentalization. An iterative bioinformatics and systematic imaging approach will be applied to identify predictive signatures for liquid-liquid unmixing across all protein kinases. This is followed by molecular cell biology and biochemistry experiments to map the domains and phosphorylation sites involved in the cyclic partitioning mechanism of several representative kinases. Using image-based assays for different types of liquid-liquid unmixed compartments, an innovative gene perturbation screening approach will then be applied to map regulatory genetic interactions underlying liquid-liquid unmixing. Finally, a functional role of kinase-regulated liquid-liquid unmixing in the mesoscale organization of the transcriptome and gene expression will be studied using image-based transcriptomics.
-