Abstract
The central question in developmental biology is how an embryo self-organizes from a ball of cells into a structured animal. We use experimental and theoretical approaches to study how the activity of a small number of signaling molecules is spatiotemporally controlled to allow for embryonic self-construction. Here, we propose how machine learning could be harnessed to gain a new understanding of the mechanisms by which interactions between signaling pathways control robust embryogenesis and morphology changes in evolution.
Article PDF
Similar content being viewed by others
Avoid common mistakes on your manuscript.
Literatur
Rogers KW, Müller P (2019) Nodal and BMP dispersal during early zebrafish development. Dev Biol 447: 14–23
Soh GH, Pomreinke AP, Müller P (2020) Integration of Nodal and BMP signaling by mutual signaling effector antagonism. Cell Rep 31: 107487
Pomreinke AP, Soh GH, Rogers KW et al. (2017) Dynamics of BMP signaling and distribution during zebrafish dorsal-ventral patterning. eLife 6: e25861
Rogers KW, ElGamacy M, Jordan BM et al. (2020) Optogenetic investigation of BMP target gene expression diversity. eLife 9: e58641
Xu PF, Borges RM, Fillatre J et al. (2021) Construction of a mammalian embryo model from stem cells organized by a morphogen signalling centre. Nat Commun 12: 3277
Turing AM (1952) The chemical basis of morphogenesis. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 237: 37–72
Gierer A, Meinhardt H (1972) A theory of biological pattern formation. Kybernetik 12: 30–39
Müller P, Rogers KW, Jordan BM et al. (2012) Differential diffusivity of Nodal and Lefty underlies a reaction-diffusion patterning system. Science 336: 721–724
Schauer A, Pinheiro D, Hauschild R et al. (2020) Zebrafish embryonic explants undergo genetically encoded self-assembly. eLife 9: e55190
Fulton T, Trivedi V, Attardi A et al. (2020) Axis specification in zebrafish is robust to cell mixing and reveals a regulation of pattern formation by morphogenesis. Curr Biol 30: 2984–2994
Almuedo-Castillo M, Bläßle A, Mörsdorf D et al. (2018) Scale-invariant patterning by size-dependent inhibition of Nodal signalling. Nat Cell Biol 20: 1032–1042
Marcon L, Diego X, Sharpe J et al. (2016) High-throughput mathematical analysis identifies Turing networks for patterning with equally diffusing signals. eLife 5: e14022
Funding
Open Access funding enabled and organized by Projekt DEAL.
Author information
Authors and Affiliations
Corresponding author
Additional information
Danksagung
Wir danken der Max-Planck-Gesellschaft, dem ERC (QUANTPATTERN — 637840 und ACE-OF-SPACE — 863952) und dem FWF (J 4507-B) für die Unterstützung unserer Arbeiten.
Daniel Čapek 2000–2008 Keltologie-Diplom und 2007–2012 Zoologie- und Entwicklungsbiologie-studium an der Universität Wien, Österreich. 2018 Promotion am Institute of Science and Technology Austria (IST Austria). 2019–2021 Postdoc am Friedrich-Miescher-Laboratorium in Tübingen. Seit 2021 als Erwin-Schrödinger-Stipendiat an der Universität Konstanz.
Murat Ünalan 1998–2004 Studium der Humanmedizin und Promotion an der Charité in Berlin. 2004–2008 MD/PhD-Programm an der Medizinischen Hochschule Hannover (PhD), anschließend Postdoc/Arzt im Labor für Molekulare Hämatopoese und am Institut für Experimentelle Hämatologie. 2019–2021 Postdoc am Friedrich-Miescher-Laboratorium in Tübingen. Seit 2021 an der Universität Konstanz.
Patrick Müller 1999–2004 Molekularbiologie-Studium. 2007 Promotion am Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie. 2007–2013 Postdoc an der Harvard University. 2013–2021 Gruppenleiter und Professor am Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie, Friedrich-Miescher-Laboratorium & Universität Tübingen. Seit 2021 Professor für Entwicklungsbiologie an der Universität Konstanz.
Rights and permissions
Dieser Artikel wird unter der Creative Commons Namensnennung 4.0 International Lizenz veröffentlicht, welche die Nutzung, Vervielfältigung, Bearbeitung, Verbreitung und Wiedergabe in jeglichem Medium und Format erlaubt, sofern Sie den/die ursprünglichen Autor(en) und die Quelle ordnungsgemäß nennen, einen Link zur Creative Commons Lizenz beifügen und angeben, ob Änderungen vorgenommen wurden. Die in diesem Artikel enthaltenen Bilder und sonstiges Drittmaterial unterliegen ebenfalls der genannten Creative Commons Lizenz, sofern sich aus der Abbildungslegende nichts anderes ergibt. Sofern das betreffende Material nicht unter der genannten Creative Commons Lizenz steht und die betreffende Handlung nicht nach gesetzlichen Vorschriften erlaubt ist, ist für die oben aufgeführten Weiterverwendungen des Materials die Einwilligung des jeweiligen Rechteinhabers einzuholen. Weitere Details zur Lizenz entnehmen Sie bitte der Lizenzinformation auf http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/deed.de.
About this article
Cite this article
Čapek, D., Ünalan, M. & Müller, P. Wie Tiere sich selbst konstruieren. Biospektrum 27, 473–477 (2021). https://doi.org/10.1007/s12268-021-1622-4
Published:
Issue Date:
DOI: https://doi.org/10.1007/s12268-021-1622-4