Universität zu Köln

Sehlke, Robert (2019). Integration of molecular regulatory networks: The Drosophila insulin response and mouse embryonic stem cell differentiation dynamics. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

Systems biology relies on considering processes on multiple levels of the organism—e.g. tissues, transcripts and proteins, developmental stages, and age—to generate and test hypotheses that are not amenable to a single-gene approach. This is of particular importance in ageing research, which deals with convoluted relationships between multiple disparate aspects of biology and medicine, as summarized recently in “The Hallmarks of Aging” (López-Otín et al. 2013). In this thesis, I present results from two large collaborative efforts that generated, integrated, and analysed systems level data. These projects focus on two of the nine hallmarks of ageing—deregulated nutrient sensing and stem cell exhaustion—, but touch on several others. The discovery of downstream processes of delayed ageing in Drosophila insulin mutants. This project is further subdivided into four major parts: The tissue-specific proteome response to reduced insulin in the mNSC-ablation model of reduced insulin signalling (IIS). Furthermore, the dependency of these changes on the transcription factor dFOXO. As published in (Tain et al. 2017). The comparison of the tissue-specific proteome responses of mNSC-ablated flies and a second model of reduced IIS, dilp2-3,5 mutant flies. Furthermore, the dependency of the dilp2-3,5 response on the presence of the endosymbiont Wolbachia. The role of post-transcriptional regulation in the tissue-specific proteome to reduced IIS response of dilp2-3,5 mutants, through the analysis of matching RNAseq data. The age-dependent proteome response to reduced IIS in dilp2-3,5 mutants. Presented are preliminary results from two tissues (fat body and thorax). Understanding mouse embryonic stem cell pluripotency and early differentiation. The focus of this project is the analysis of RNAseq data from 74 differentiation defect mESC lines under conditions promoting naive pluripotency or early differentiation. We also present supporting analysis of the specific effect of LIF on naive mESCs and insights from a screen of a inhibitor/knockout screen. As the project is ongoing, results presented in this thesis are preliminary. Additionally, the appendix describes custom R tools that were developed to facilitate the analysis, visualization of results, and collaboration for these projects: CellPlot, SETHRO, and mESCexplorer.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated abstract:	Abstract Language Systembiologie betrachtet Prozesse gleichzeitig auf mehreren Ebenen des Organismus—Gewebe, Transkripte und Proteine, Entwicklungsstadien und Alter—um Hypothesen zu generieren und zu testen, die mit der Betrachtung einzelner Gene nicht adressiert werden können. Dies ist von besonderer Bedeutung in der Altersforschung, welche komplexe Beziehungen zwischen verschiedenen Aspekten von Biologie und Medizin betrachtet, wie kürzlich in "The Hallmarks of Ageing" zusammengefasst (López-Otín et al. 2013). In dieser Arbeit präsentiere ich die Ergebnisse von zwei großen kollaborativen Forschungsprojekten, in denen Daten auf Systemebene generiert, integriert und analysiert wurden. Diese Projekte konzentrieren sich auf zwei der neun Kennzeichen des Alterns—deregulierte Nährstoffsignale und die Erschöpfung von Stammzellen—, berühren jedoch mehrere andere. Die Identifizierung von Downstream-Effektoren der verzögerten Alterung in Drosophila Insulin-Mutanten. Dieses Projekt ist weiter in vier Hauptteile unterteilt: Die gewebespezifische Proteom-Antwort auf verringertes Insulin im mNSC-Ablationsmodell des reduzierten Insulin-Signalweges (IIS). Darüber hinaus, die Abhängigkeit dieser Veränderungen vom Transkriptionsfaktor dFOXO. Ein Großteil dieses Projektteils wurde in (Tain et al. 2017) veröffentlicht. Der Vergleich der gewebespezifischen Proteom-Antworten von Fliegen mit mNSC-Ablation und einem zweiten Modell mit reduziertem IIS, dilp2-3,5 Mutanten. Darüber hinaus wird die Abhängigkeit der dilp2-3,5 Insulinantwort vom Endosymbionten Wolbachia betrachtet. Der Anteil der post-transkriptionellen Regulation im gewebespezifischen Proteom an der Verringerung der IIS-Antwort in dilp2-3,5-Mutanten, mit Hilfe paralleler RNAseq. Die altersabhängige Proteom-Antwort auf reduzierten IIS in dilp2-3,5-Mutanten. Präsentiert werden vorläufige Ergebnisse für zwei Gewebe (Fettkörper, Thorax). Förderung des Verständnisses der Pluripotenz von embryonalen Stammzellen der Maus (mESCs), sowie deren anfänglicher Differenzierungsprozess. Der Fokus dieses Projektes liegt auf der Analyse von RNAseq-Daten von 74 mESC-Linien mit Differenzierungsdefekt unter Bedingungen, die entweder die naive Pluripotenz oder die Differenzierung fördern. Wir präsentieren zusätzlich Analysen der spezifischen Wirkung von LIF auf naive mESCs und Ergebnisse eines kombinierten Inhibitor/Knockout Screens. Dieses Projekt wird noch aktiv entwickelt, daher sind hier präsentierte Ergebnisse als vorläufig zu betrachten. Darüber hinaus beschreibt der Anhang R-Skripte, die entwickelt wurden, um die Analyse, Visualisierung von Ergebnissen und die Kollaboration in den hier vorgestellten Projekten zu erleichtern: CellPlot, SETHRO und mESCexplorer. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Sehlke, Robert robert@sehlke.net UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-95467
Date:	2019
Language:	English
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	CECAD - Cluster of Excellence Cellular Stress Responses in Aging-Associated Diseases Außeruniversitäre Forschungseinrichtungen > MPI for Biology of Ageing
Subjects:	Data processing Computer science Life sciences
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language ageing English insulin English stem cells English systems biology English drosophila English mouse English
Date of oral exam:	17 May 2018
Referee:	Name Academic Title Partridge, Linda Prof. Dr. Beyer, Andreas Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/9546