Detailansicht
Lineage-specific regulatory elements in neural crest as drivers of primate craniofacial evolution
Nadezhda Romanova
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Joint-Masterstudium Evolutionary Genomics and Systems Biology
Betreuer*in
Mihaela Pavlicev
DOI
10.25365/thesis.81471
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-12312.63873.690387-5
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Die Neuralleiste ist eine vertebratenspezifische Innovation, aus der eine Vielzahl von Zelltypen und Geweben hervorgeht. Sie spielt eine zentrale Rolle bei der kraniofazialen Morphogenese, der Pigmentierung und einem Großteil des peripheren Nervensystems – Systeme, die gemeinsam die Anpassungsfähigkeit begründen, die es den Wirbeltieren ermöglicht hat, zu einer dominanten Klade zu werden. Die bemerkenswerte Vielfalt der Neuralleistenderivate wirft grundlegende Fragen über die regulatorische Logik auf, die diesen Entwicklungsprogrammen zugrunde liegt. Trotz erheblicher Fortschritte bei der Analyse genregulatorischer Netzwerke der Neuralleiste bestehen weiterhin wichtige Forschungslücken: Unser Verständnis davon, wie Variationen in cis-regulatorischen Elementen der Neuralleiste in phänotypische Vielfalt übersetzt werden und wie sich diese regulatorischen Programme im Laufe der Wirbeltier- und Säugetierevolution entwickelt haben, ist nach wie vor begrenzt. Jüngste Fortschritte in der vergleichenden Genomik zeigen, dass die regulatorische Landschaft keineswegs statisch ist. Groß angelegte artenübergreifende Analysen haben eine umfangreiche Fluktuation cis-regulatorischer Elemente bei Säugetieren aufgedeckt, wobei Primaten insbesondere einen erheblichen Anteil an lineage-spezifischen regulatorischen Regionen aufweisen. Diese Beobachtungen legen nahe, dass Veränderungen in Enhancer-Sequenzen und Transkriptionsfaktorbindungsstellen eine wichtige Rolle bei der Ausprägung primatentypischer Merkmale und komplexer Phänotypen gespielt haben könnten. Parallel dazu weisen genomweite Assoziationsstudien zunehmend auf einen zentralen Beitrag regulatorischer Variation bei Merkmalen hin, die von der Neuralleiste abstammen. Zahlreiche GWAS-Loci, die mit kraniofazialer Morphologie assoziiert sind, liegen in nicht-kodierenden Regionen, die in Neuralleistenzellen aktiv sind, und unterstreichen damit einen funktionellen Zusammenhang zwischen cis-regulatorischer Variation und neuralleistenabhängigen phänotypischen Ausprägungen. Für die meisten dieser Assoziationen bleiben die zugrunde liegenden regulatorischen Mechanismen und Zielgene jedoch ungeklärt. In dieser Arbeit verfolge ich das Ziel, Einzelzell-Multiomik-Daten mit artenübergreifenden vergleichenden Analysen zu integrieren, um primatentypische Enhancer-Regionen und die regulatorischen Mechanismen, die sie kodieren, zu charakterisieren. Durch die Kombination evolutionärer Analysen auf Ebene regulatorischer Motive mit Enhancer-Gen-Verknüpfungen und GWAS-Daten soll diese Studie Einblicke liefern, wie Veränderungen in der regulatorischen Architektur der Neuralleiste zur phänotypischen Vielfalt bei Säugetieren beitragen.
Abstract
(Englisch)
The neural crest is a vertebrate innovation that gives rise to a wide range of cell types and tissues. It plays a central role in craniofacial morphogenesis, pigmentation, and much of the peripheral nervous system – systems that together underlie the adaptability that allowed vertebrates to become a dominant animal clade. The remarkable diversity of neural crest derivatives raises fundamental questions about the regulatory logic that governs these developmental programs. Despite substantial progress in dissecting neural crest gene regulatory networks, important gaps remain: we still have a limited understanding of how variation within neural crest cis-regulatory elements translates into phenotypic diversity, and how these regulatory programs have evolved over vertebrate and mammalian evolution. Recent advances in comparative genomics indicate that the regulatory landscape is far from static. Large-scale cross-species analyses have revealed extensive turnover of cis-regulatory elements across mammals, with primates in particular exhibiting a substantial fraction of lineage-specific regulatory regions. These observations suggest that changes in enhancer sequences and transcription factor binding sites may have played an important role in shaping primate-specific traits and complex phenotypes. In parallel, genome-wide association studies increasingly point to a contribution of regulatory variation to neural crest–derived traits. Numerous GWAS loci associated with craniofacial morphology, map to non-coding regions active in neural crest cells, highlighting a functional connection between cis-regulatory variation and neural crest–dependent phenotypic outcomes. However, for most of these associations, the underlying regulatory mechanisms and target genes remain unresolved. In this work, I aim to integrate single-cell multiome data with cross-species comparative analyses to characterize primate- and human-specific enhancer regions and the regulatory mechanisms they encode. By combining motif-level evolutionary analyses with enhancer–gene links and GWAS data, this study seeks to provide insight into how changes in neural crest regulatory architecture contribute to phenotypic diversity across mammals.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Biologie Evolution Neuralleiste regulatorisches Netzwerk vergleichende Genomik kraniofaziale Entwicklung
Schlagwörter
(Englisch)
Biology Evolution Neural crest Regulatory network Comparative Genomics Craniofacial development
Autor*innen
Nadezhda Romanova 
Haupttitel (Englisch)
Lineage-specific regulatory elements in neural crest as drivers of primate craniofacial evolution
Publikationsjahr
2026
Umfangsangabe
67 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Mihaela Pavlicev
AC Nummer
AC17918506
Utheses ID
81429
Studienkennzahl
UA | 066 | 220 | |