Entscheidungsfindung von Zellen in multizellul?ren Systemen: Das 'Least microEnvironmental Uncertainty' Prinzip (LEUP)

Die Entscheidungsfindung von Zellen ist ein Prozess, bei dem sie ihren Ph?notyp entsprechend ihrer intrinsischen Programmierung und als Reaktion auf ihre Mikroumgebung ?ndern. Derzeit ist jedoch nur wenig über die Prinzipien bekannt, die die Entscheidungsfindung von Zellen in multizellul?ren Systemen bestimmen. Wir betrachten Zellen als Bayessche Entscheidungsfinder mit energetischen Limitationen und schlagen die Hypothese vor, dass Organismen aller Dom?nen des Lebens für ihre Entscheidungsprozesse ein ?Least microEnvironmental Uncertainty Principle (LEUP)“ verwenden. Dieses Modell wird in ein Prinzip der freien Energie übertragen, was eine Theorie der statistischen Mechanik für die zellul?re Entscheidungsfindung impliziert. In diesem Projekt adressieren wir drei grundlegenden Fragen: (C1) die Unsicherheit/Stochastizit?t subzellul?rer regulatorischer Zellentscheidungsmechanismen, (C2) mangelndes Wissen über den relativen Beitrag intrinsischer und extrinsischer Entscheidungsfaktoren zur multizellul?ren raumzeitlichen Dynamik und (C3) eine einheitliche Theorie für verschiedene Arten der zellul?ren Entscheidungsfindung. Eine Reduktion der statistischen Mechanik erm?glicht es, viele Parameter in eine niedrigdimensionale mathematische Beschreibung zu vereinfachen und die Unsicherheit über die zugrunde liegenden Mechanismen zu umgehen. Darüber hinaus erm?glicht es die Integration heterogener Datentypen als Randbedingungen der LEUP-Energieoptimierung. Die Verwendung von LEUP in enger Verbindung mit Experimenten wird es uns erm?glichen, Details des Modells für vier verschiedene zellul?re Entscheidungsprobleme zu bestimmen: (i) die Bestimmung des Schicksals h?matopoetischer Stammzellen, (ii) lokale Wechselwirkungen w?hrend der T-Zell-Differenzierung, (iii) ph?notypische Plastizit?t der Makrophagen und (iv) Flagellenanordnung w?hrend der Zellteilung von Bakterien.