Dr. David Garfield

Dr. David Garfield erforscht, wie regulatorische DNA-Elemente die Genexpression während der Entwicklung steuern und wie Mutationen in diesen Elementen zu neuen Körperformen oder Erkrankungen führen. Er nutzt dabei genomische Analysen und Single-Cell-Technologien, um die evolutionären Veränderungen von Genregulationsnetzwerken in Meeresorganismen (Seeigel) zu verstehen. Seine Arbeiten helfen, vorherzusagen, welche genetischen Varianten in nicht-kodierenden Regionen tatsächlich den Phänotyp beeinflussen — ein Problem, das bislang schwer zu lösen war. Die Erkenntnisse sind relevant für die Grundlagenforschung in Entwicklungsbiologie und Evolutionsgenetik sowie potenziell für das Verständnis von genetischen Erkrankungen beim Menschen.

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• IGRK 2403/1: Analyse und Umbau des regulatorischen Genoms

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  Ziel des IGRK „Analyse und Umbau des regulatorischen Genoms“ ist es, die regulatorischen Prozesse und DNA-Sequenzen zu identifizieren und zu charakterisieren, die die Aktivität der Genexpression in Eukaryonten bestimmen. Dabei setzen die Forscher*innen in Berlin und Durham, North Carolina, experimentelle Hochdurchsatzmethoden ein, um die gewonnenen großen Datenmengen mit Methoden der Informatik zu analysieren.

• Constraint, Adaptation, and Heterogeneity: Genomic and Single-Cell Approaches to Understanding the Evolution of Developmental Gene Regulatory Networks (evolSingleCellGRN)

  Quelle ↗

  In der Entwicklung befindliche Zelltypen entstehen durch präzise Genexpressionsmuster, die durch unterschiedliche Verwendung von DNA-Regulationselementen ausgelöst werden. Mutationen, die diese Elemente beeinflussen, oder Proteine, die sie binden, tragen wesentlich zur Erkrankung bei und sind der Entwicklung neuer Morphologien zugrunde gelegt. Um diese Elemente und deren Entwicklung besser zu verstehen, führt das Projekt eine Reihe von Einzelzell-RNA- und ATAC-Seq-Sequenzierungstechnologien im Modell des Seeigels ein, die A) gewebespezifische regulatorische Elemente und Expressionsprofile durch Abfragen einzelner Zellen identifizieren, B) ein genaues Ablesen ermöglichen Entwicklung von Reaktionen auf Mutationen und Störungen, einschließlich Neuspezifikation des Zellverhaltens, C) Entwicklung eines auf regulatorischen Informationen basierenden Homologiekonzepts, das zum Verständnis der Entwicklungsentwicklung verwendet wird. Das gut kommentierte Regulierungsnetzwerk für Seeigel, ein detailliertes Verständnis induktiver Wechselwirkungen in der frühen Entwicklung und eine aktive Evolutionsforschung machen den Seeigel zum bestens geeigneten Modell für diese Fragestellungen. Unter Verwendung von Einzelzellen-ATAC-Seq und einer neuen Methode zur Auflösung einzelzelliger, aufkommender RNA-Transkripte wird das Projekt einen detaillierten Atlas der Entwicklung von Seeigeln erstellen und anhand dieses Atlas herausfinden, wie sich regulatorische Landschaften während der Spezifikation verändern und wie sie sich zwischen nahe verwandten Arten entwickeln.

• Selective Filopodia Adhesion Ensures Robust Cell Matching in the Drosophila Heart

  2018

  Developmental Cell · DOI

• An otopetrin family proton channel promotes cellular acid efflux critical for biomineralization in a marine calcifier

  2021

  Proceedings of the National Academy of Sciences · DOI

  Significance Otopetrins comprise a family of proton channels that are required for the development of calcified structures including otoliths and statoconia in vertebrates. To date, it remains unknown how otopetrins contribute to the calcification process. Using the sea urchin larva, we could demonstrate that the otopetrin ortholog otop2l encodes a proton channel that is essential for the formation of the CaCO 3 skeleton. otop2l is exclusively expressed by the calcifying primary mesenchyme cells, where it promotes the exit of protons liberated by the mineralization process. Given the deep phylogenetic origin of otopetrins in animals, our work identified a key mechanism in the mineralization process with relevance for many calcifying species and their responses to changes in environmental pH.

• Genomic characterization of the evolutionary potential of the sea urchin <i>Strongylocentrotus droebachiensis</i> facing ocean acidification

  2016

  Genome Biology and Evolution ·