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Chemical Screen on Hydra Regeneration

English title Chemical Screen on Hydra Regeneration
Applicant Tsiairis Charisios
Number 182674
Funding scheme Project funding (Div. I-III)
Research institution Friedrich Miescher Institute for Biomedical Research
Institution of higher education Institute Friedrich Miescher - FMI
Main discipline Embryology, Developmental Biology
Start/End 01.07.2019 - 30.06.2022
Approved amount 324'596.00
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Keywords (3)

Hydra vulgaris; Chemical screen; Regeneration

Lay Summary (German)

Lead
Hydra ist ein Süsswasserpolyp, der in einigen kleineren Flüssen der Schweiz vorkommt und eine aussergewöhnliche Regenerationsfähigkeit besitzt. Halbiert man eine Hydra, können sich beide Hälften neu organisieren und die fehlenden Teile vollständig nachbilden. Bis heute ist dieser Prozess nur unzureichend verstanden und wird in diesem Projekt mit Hilfe chemischer Genetik eingehend untersucht.
Lay summary

Bereits 1740 entdeckte der Schweizer Zoologe Abraham Trembley, dass Hydras imstande sind, Kopf und Fuss nach ihrer Amputation vollständig zu regenerieren. Hydra ist seit vielen Jahren ein zentrales Modellsystem zur Untersuchung von Regenerationsmechanismen. Die Identifizierung von Genen mit klassischen genetischen Methoden ist jedoch durch die asexuelle Vermehrung erschwert. Eine elegante Alternative ist der Einsatz von Chemikalien, die definierte Biomoleküle in Zellen beeinflussen.

In einem ersten Schritt werden in einer Hochdurchsatz-Analyse Chemikalien identifiziert, die makroskopische und molekulare Veränderungen - wie den Wnt-Signalweg - während der Regeneration der Hydras hervorrufen. Diese Treffer ermöglichen dann Gene zu bestimmen, die bei der Regeneration essenziell sind. Diese Methode ermöglicht erstmals eine simple Untersuchung von regenerativen Schlüsselfaktoren und die evolutionäre Bedeutung des Wnt-Signalwegs.\

Wissenschaftlicher und gesellschaftlicher Kontext des Forschungsprojekts

Dies ist ein Grundlagenforschungsprojekt, das darauf abzielt, die grundlegenden Eigenschaften von regenerativem Gewebe zu verstehen. Es ist durchaus möglich, Faktoren aufzudecken, die von medizinischem Interesse sein könnten. Noch wichtiger ist, dass dieses Projekt eine Plattform für Wissenschaftler schafft, die mit regenerierenden Tieren arbeiten, um einen breiteren Einblick in dieses faszinierende Phänomen zu ermöglichen.
Direct link to Lay Summary Last update: 05.08.2019

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Abstract

The freshwater poly Hydra has been exploited as a model system to study regeneration. The polyps can be dissociated into single cells that upon re-aggregation self-organize into new animals. Formation of an organizing center that produces Wnt signaling ligands has been shown to be necessary and sufficient for the appearance of new body axes. However, it remains unclear how the symmetry is broken, or how some cells are allocated to organizer fate in specific locations. Recent studies have involved mechanical inputs in this process. Hydra fragments undergo osmotically driven oscillations in the form of repeated slow inflations followed by sudden deflations. We are interested to understand how the mechanical events cross-talk with the genetic/biochemical cascade that sets up Wnt organizers. We propose to perform the first large scale chemical screen in Hydra to identify gene products that are influencing the regular patterned appearance of the organizer. The second aim would be, with subsequent analysis, to detect a subgroup of hits that impacts on patterning through mechanical events.We develop a high-throughput assay to chemically manipulate and record the patterning of regenerating fragments. A set of chemicals with characterized targets (MoA Box) is available to us, as well as a transgenic Hydra line allowing visualization of Wnt expressing cells with fluorescence. Small scale pilot studies have indicated the feasibility of the project and identified retinoic acid receptors as important for correct patterning. In addition, live imaging of regenerating fragments allows the correlation of chemically induced incorrect patterning with changes in mechanical behavior. Thus, we expect that our research will expand our understanding of Hydra regeneration beyond Wnt pathway, especially in its crosstalk with mechanical input. It will also demonstrate the feasibility of large scale chemical screens in Hydra and generate tools for the study of regeneration in other species.
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