B05

Mathematische Ansätze zum Wnt-Signalweg in Raum und Zeit: Von der Entwicklung bis zum Krebs

Dauer der Förderung: 2017-2029

Projektleiter

Prof. Dr. Anna Marciniak-Czochra

 Project Leader B05

Zusammenfassung

Wir entwickeln mathematische Modelle, um zu untersuchen wie der Wnt-Signalweg die Musterbildung, die Stammzelldynamik und die Gewebeorganisation in der Entwicklung, Regeneration und bei Krebs reguliert. Drei Systeme stehen dabei im Fokus: die Musterbildung bei Hydra, die Kontrolle von Stammzellen in der adulten Neurogenese und im Glioblastom sowie die Stammzellidentität in Drosophila. Unser Ansatz kombiniert mathematische Modellierung mit statistischer Inferenz und modellgestützter Datenanalyse. Eine zentraler Aspekt ist die Integration mechanistischer Modelle mit Einzelzell-Transkriptomik und räumlichen Daten. Die Modelle ermöglichen es, Rückkopplungen und Prinzipien der Robustheit in den Wnt-Prozessen aufzudecken.

Projektbezogene Publikationen

Cross-species comparison reveals therapeutic vulnerabilities halting glioblastoma progression

Foerster LC, Kaya O, Wüst V, Danciu DP, Akcay V, Bekavac M, Ziegler KC, Stinchcombe N, Tang A, Kleber S, Tang J, Brunken J, Lois-Bermejo I, Gesteira-Perez N, Ma X, Sadik A, Le PU, Petrecca K, Opitz CA, Liu H, Wirtz CR, Goncalves A, Marciniak-Czochra A, Anders S, Martin-Villalba A. Nat Commun. 2025 Aug 6;16(1):7250. doi: 10.1038/s41467-025-62528-w.

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Unraveling regulatory feedback mechanisms in adult neurogenesis through mathematical modelling

Danciu, DP., Klawe, F.Z., Kazarnikov, A., Femmer, L., Kostina, E., Martin-Villalba, A. and Marciniak-Czochra, A. Unraveling regulatory feedback mechanisms in adult neurogenesis through mathematical modelling. npj Syst Biol Appl 11, 82 (2025). doi:10.1038/s41540-025-00563-5

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Injury-induced MAPK activation triggers body axis formation in Hydra by default Wnt signaling

Tursch A, Bartsch N, Mercker M, Schlüter J, Lommel M, Marciniak-Czochra A, Özbek S, Holstein TW. Proc Natl Acad Sci U S A. 2022 Aug 30;119(35):e2204122119. doi: 10.1073/pnas.2204122119. Epub 2022 Aug 22. PMID: 35994642

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The Wnt-specific astacin proteinase HAS-7 restricts head organizer formation in Hydra

Ziegler B, Yiallouros I, Trageser B, Kumar S, Mercker M, Kling S, Fath M, Warnken U, Schnölzer M, Holstein TW, Hartl M, Marciniak-Czochra A, Stetefeld J, Stöcker W, Özbek S. BMC Biol. 2021 Jun 9;19(1):120. 
PMID: 34107975

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Long-time shadow limit for a reaction–diffusion-ODE system

Kowall, C., A. Marciniak-Czochra, and A. Mikelic. February 2021. Applied Mathematics Letters. 106790.

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Hysteresis-driven pattern formation in reaction-diffusion-ODE systems

Alexandra Köthe, Anna Marciniak-Czochra  and  Izumi Takagi. American Institute of Mathematical Science. June  2020, 40(6): 3595-3627. doi: 10.3934/dcds.2020170

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Quiescence Modulates Stem Cell Maintenance and Regenerative Capacity in the Aging Brain

Kalamakis G, Brüne D, Ravichandran S, Bolz J, Fan W, Ziebell F, Stiehl T, Catalá-Martinez F, Kupke J, Zhao S, Llorens-Bobadilla E, Bauer K, Limpert S, Berger B, Christen U, Schmezer P, Mallm JP, Berninger B, Anders S, Del Sol A, Marciniak-Czochra A, Martin-Villalba A. Cell. 2019 Mar 7;176(6):1407-1419.e14. PMID: 30827680

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Post-Turing tissue pattern formation: Advent of mechanochemistry

Brinkmann F, Mercker M, Richter T, Marciniak-Czochra A. PLoS Comput Biol. 2018 Jul 3;14(7):e1006259. PMID:29969460

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Dynamical spike solutions in a nonlocal model of pattern formation

Marciniak-Czochra, S. Härting, G. Karch and K. Suzuki (2018, Mar 27), Nonlinearity 31: 1757.

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Revealing age related changes of adult hippocampal neurogenesis using mathematical models

Ziebell F, Dehler S, Martin-Villalba A, Marciniak-Czochra A. Development. 2018 Jan 8;145(1):dev153544. doi: 10.1242/dev.153544. PMID: 29229768

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Stable patterns with jump discontinuity in systems with Turing instability and hysteresis

Härting, S., A. Marciniak-Czochra, and I. Takagi. February 2017. Disc. Cont. Dyn. Systems A. 37: 757-800.

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Mechanochemical symmetry breaking in Hydra aggregates

Mercker M, Köthe A, Marciniak-Czochra A. Biophys J. 2015 May 5;108(9):2396-407. doi: 10.1016/j.bpj.2015.03.033. PMID: 25954896

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A mechanochemical model for embryonic pattern formation: Coupling tissue mechanics and morphogen expression

Mercker M, Hartmann D, Marciniak-Czochra A. PLoS One. 2013 Dec 20;8(12):e82617. doi: 10.1371/journal.pone.0082617. eCollection 2013. PMID: 24376555

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