Project

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Lipid metabolism in intestinal organoid formation

Applicant Xavier da Silveira dos Santos Aline
Number 171365
Funding scheme Marie Heim-Voegtlin grants
Research institution Friedrich Miescher Institute for Biomedical Research
Institution of higher education Institute Friedrich Miescher - FMI
Main discipline Cellular Biology, Cytology
Start/End 01.03.2017 - 28.02.2019
Approved amount 270'334.00
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All Disciplines (3)

Discipline
Cellular Biology, Cytology
Biochemistry
Molecular Biology

Keywords (7)

Lipids; Single cell imaging; Collective cell behaviour; Functional Interactions; Symmetry breaking events; Stem cells; Intestinal organoid

Lay Summary (German)

Lead
Lipide sind essentielle Moleküle der Zellen mit vielseitigen Funktionen. Sie fungieren als Strukturelemente von Membranen, Energiespeicher und Signalmoleküle. Die Verfügbarkeit und relativen Konzentration der verschiedenen Lipide in unseren Zellen, die entweder aus der Ernährung kommen oder intern synthetisiert werden, betreffen ein breites Spektrum an zellulärer Prozesse, darunter auch Signalwege die für Wachstum und Differenzierung hochsignifikant sind. In diesem Projekt wollen wir verstehen, wie Darmzellen ihre Lipid-Homöostase regulieren und gleichzeitig die Selbsterneuerung, Differenzierung und allgemeine Zellstrukturierung im Darm beeinflussen.
Lay summary

Lipide sind essentielle Moleküle der Zellen mit vielseitigen Funktionen. Sie fungieren als  Strukturelemente von Membranen, Energiespeicher und Signalmoleküle. Lipide werden entweder von den Zellen synthetisiert oder über den Darm aus der Nahrung aufgenommen. Dieser absorbiert Moleküle wie Lipide, Proteine und Zucker und überträgt sie in unseren Kreislauf. Dabei müssen Darmzellen eigene Lipidsynthese kontrollieren und den Einfluss der Lipide, die aus der Nahrung aufgenommen werden, ausgleichen. Lipide sind eine äußerst vielfältige Molekülklasse. Die Verfügbarkeit und relativen Konzentration der verschiedenen Lipide in unseren Zellen betreffen ein breites Spektrum an zellulärer Prozesse, darunter auch Signalwege die für Wachstum und Differenzierung hochsignifikant sind. In diesem Projekt wollen wir verstehen, wie Darmzellen ihre Lipid-Homöostase regulieren und gleichzeitig die Selbsterneuerung, Differenzierung und allgemeine Zellstrukturierung im Darm beeinflussen. Als experimentelles Modellsystem isolieren wir Stammzellen aus dem Mäusedarm, die sich vermehren und differenzieren, sodass intestinale Organoide entstehen. Diese Darmorganoide rekapitulieren die meisten Prozesse der Morphogenese und der Strukturbildung, die im Darmgewebe der Tiere stattfinden. Mit Hilfe von Einzelzell-Imaging-Methoden, der Lipidomik, der quantitativen Biologie von dynamischen Systemen und Datenanalyse wollen wir die Lipidzusammensetzung und -funktion in den Darmzellen während der Differenzierung und der Strukturbildung verstehen. Dies stellt eine Pionierleistung dar, welche das Verständnis der Entwicklung eines physiologisch relevanten 3D-Modellsystems bestehend aus unterschiedlichen Zelltypen unterstützt. Dieses Projekt wird dazu beitragen, die Wechselwirkungen von Lipid-Homöostase und Symmetriebrechung während der Darmmusterbildung zu verstehen, mit einem wahrscheinlichen Einfluss über das spezifische Modellsystem des Darmorganoids hinaus.

Direct link to Lay Summary Last update: 06.01.2017

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Publications

Scientific events

Active participation

Title Type of contribution Title of article or contribution Date Place Persons involved
EMBO-Basel Life Poster Lipid metabolism and intestinal organoid development 11.09.2018 Basel, Switzerland Xavier da Silveira dos Santos Aline;
Stem Cell Conference Basel 2018 Poster Lipid Metabolism and Stemness in Intestinal Organoids 29.08.2018 Basel, Switzerland Xavier da Silveira dos Santos Aline;
2017 Gordon Research Conference on Lipid Metabolism Poster Lipid metabolism and intestinal organoid development 31.07.2017 Waterville Valley, USA , United States of America Xavier da Silveira dos Santos Aline;
Basel Stem Cell Network Seminar Series (BSCN) Individual talk Lipid metabolism in intestinal organoid development 22.06.2017 University of Basel, Switzerland Xavier da Silveira dos Santos Aline;


Self-organised

Title Date Place
Tissue Self-Organisation: Challenging the Systems 11.03.2018 Heidelberg, Germany

Abstract

In the body, the intestine is at the forefront of nutrient and lipid absorption. It is known that lipid homeostasis is critical for intestinal development and function. However, a fundamental, largely unanswered, question remains open: is lipid metabolism an effector of self-renewal, differentiation and general patterning in the intestine? Recently, a robust experimental model system for studying intestinal patterning in vitro has been developed from adult pluripotent stem cells that can be grown into organoid structures. These intestinal organoids recapitulate most of the processes of morphogenesis and patterning observed in intestinal tissue in animals.This proposed project will explore how basal lipid metabolism contributes to intestinal stemness and patterning and will integrate diverse experimental and computational approaches in 3D intestinal organoids. Using cutting-edge single-cell imaging technologies, lipidomic analysis, quantitative cell biology of dynamical systems, and computational analysis, we aim to:-Characterize lipid composition and localization in intestinal stem cells (ISC) during differentiation and patterning; -Create a map of functional interactions between lipid metabolism and signaling during intestinal development;-Characterize in depth the molecular events underlying the specific interactions.The main potential outcomes of this project are envisaged as:•Represent the first comprehensive lipid characterization of a physiologically relevant 3D model system, with different cell types over time;•Provide unprecedented imaging of lipids and membranes during organ development, in which each single cell is fully tractable;•Define interactions of lipid homeostasis and symmetry-breaking events during pattern formation, with a probable impact beyond the specific model system of the intestinal organoid;•Provide a concrete example of how an interdisciplinary quantitative approach allows unraveling of fundamental questions in biology, such as how lipids dictate stemness.
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