Cellular Decision Making

Scialdone Lab

Physics and Data-Based Modeling of Cellular Identity Changes

About our Research

We aim to understand the molecular bases of cell identity changes by combining single-cell and spatial omics data analysis with physical modeling.

In our work, we extract biologically relevant information from single-cell data with new machine learning methods and incorporate it into physical models, which guide data interpretation and experiment design.

Our goal is to decode the general principles behind cellular plasticity at

1. the single-cell level, by looking at the interaction between gene expression and chromatin spatial organization during cell identity changes


2. the inter-cellular level, by dissecting the role of cellular communication in collective cellular decision making.

We use several model systems, including mouse, X. laevis, and human, working in synergy with experimental labs.

Our Research Topics

Cells in the embryo have the remarkable ability to self-organize in complex spatial patterns. One of the first patterns to form determines where the anterior and the posterior region will be, and its establishment is controlled by a set of cells that migrate together and mark the anterior region. 

We analyze single-cell multi-omic data and, based on these, develop physical models to get insights into the mechanisms underlying the formation of the anterior-posterior axis in mouse embryos. This will help us understand how embryos get their shape right and how cellular signaling induces the ‘right’ cell identity.

Our Team

Portrait Antonio Scialdone
Dr. Antonio Scialdone

Group Leader

Gebäude / Raum: 90 (Großhadern Campu

Profil anzeigen

Portrait of Martin Miranda
Dr. Martin Miranda

Postdoc

Portrait Marco Stock
Marco Stock

Doctoral Researcher

Portrait Gabriele Lubatti
Gabriele Lubatti

Doctoral Researcher

Veronica Finazzi self-portrait (personnel)
Veronica Finazzi

Doctoral Researcher

Recent Publications

Nat. Struct. Mol. Biol. 32, 2128-2129 (2025)

Iturbide Martinez De Albeniz, A. ; Ruiz Tejada Segura, M.L. ; Noll, C. ; Schorpp, K.K. ; Rothenaigner, I. ; Ruiz-Morales, E.R. ; Lubatti, G. ; Agami, A. ; Hadian, K. ; Scialdone, A. ; Torres-Padilla, M.E.

Addendum: Retinoic acid signaling is critical during the totipotency window in early mammalian development.
Stem Cell Rep. 20:102447 (2025)

Zikmund, T. ; Fiorentino, J. ; Penfold, C. ; Stock, M. ; Shpudeiko, P. ; Agarwal, G. ; Langfeld, L. ; Petrova, K. ; Peshkin, L. ; Hamperl, S. ; Scialdone, A. ; Hörmanseder, E.

Differentiation success of reprogrammed cells is heterogeneous in vivo and modulated by somatic cell identity memory.
Sci. Adv. 11:eado1350 (2025)

Neupane, J. ; Lubatti, G. ; Gross-Thebing, T. ; Ruiz Tejada Segura, M.L. ; Butler, R.H. ; Gross-Thebing, S. ; Dietmann, S. ; Scialdone, A. ; Surani, M.A.

The emergence of human primordial germ cell-like cells in stem cell-derived gastruloids.
Mol. Syst. Biol. 21, 214-230 (2025)

Stock, M. ; Losert, C. ; Zambon, M. ; Popp, N. ; Lubatti, G. ; Hörmanseder, E. ; Heinig, M. ; Scialdone, A.

Leveraging prior knowledge to infer gene regulatory networks from single-cell RNA-sequencing data.
Nature Aging, DOI: 10.1038/s43587-024-00798-7 (2025)

Toghani, D. ; Gupte, S.C. ; Zeng, S. ; Mahammadov, E. ; Crosse, E.I. ; Seyedhassantehrani, N. ; Burns, C. ; Gravano, D. ; Radtke, S. ; Kiem, H.P. ; Rodriguez, S. ; Carlesso, N. ; Pradeep, A. ; Georgiades, A. ; Lucas, F. ; Wilson, N.K. ; Kinston, S.J. ; Göttgens, B. ; Zong, L. ; Beerman, I. ; Park, B. ; Janssens, D.H. ; Jones, D. ; Toghani, A. ; Nerlov, C. ; Pietras, E.M. ; Mesnieres, M. ; Maes, C. ; Kumanogoh, A. ; Worzfeld, T. ; Cheong, J.G. ; Josefowicz, S.Z. ; Kharchenko, P.V. ; Scadden, D.T. ; Scialdone, A. ; Spencer, J.A. ; Silberstein, L.

Niche-derived Semaphorin 4A safeguards functional identity of myeloid-biased hematopoietic stem cells.
Nature Aging 5:720 (2025)

Toghani, D. ; Gupte, S.C. ; Zeng, S. ; Mahammadov, E. ; Crosse, E.I. ; Seyedhassantehrani, N. ; Burns, C. ; Gravano, D. ; Radtke, S. ; Kiem, H.P. ; Rodriguez, S. ; Carlesso, N. ; Pradeep, A. ; Georgiades, A. ; Lucas, F. ; Wilson, N.K. ; Kinston, S.J. ; Göttgens, B. ; Zong, L. ; Beerman, I. ; Park, B. ; Janssens, D.H. ; Jones, D. ; Toghani, A. ; Nerlov, C. ; Pietras, E.M. ; Mesnieres, M. ; Maes, C. ; Kumanogoh, A. ; Worzfeld, T. ; Cheong, J.G. ; Josefowicz, S.Z. ; Kharchenko, P.V. ; Scadden, D.T. ; Scialdone, A. ; Spencer, J.A. ; Silberstein, L.

Author Correction: Niche-derived Semaphorin 4A safeguards functional identity of myeloid-biased hematopoietic stem cells.
Dev. Cell 59, 2347-2363.e9 (2024)

Thowfeequ, S. ; Fiorentino, J. ; Hu, D. ; Solovey, M. ; Ruane, S. ; Whitehead, M. ; Zhou, F. ; Godwin, J. ; Mateo-Otero, Y. ; Vanhaesebroeck, B. ; Scialdone, A. ; Srinivas, S.

An integrated approach identifies the molecular underpinnings of murine anterior visceral endoderm migration.
Nucleic Acids Res. 51, 12303-12324 (2023)

Chanou, A. ; Weiß, M. ; Holler, K. ; Sajid, A. ; Straub, T. ; Krietsch, J. ; Sanchi, A. ; Ummethum, H. ; Lee, C.S.K. ; Kruse, E. ; Trauner, M. ; Werner, M. ; Lalonde, M. ; Lopes, M. ; Scialdone, A. ; Hamperl, S.

Single molecule MATAC-seq reveals key determinants of DNA replication origin efficiency.
Nat. Methods 20, 1037-1047 (2023)

Beagrie, R.A. ; Thieme, C.J. ; Annunziatella, C. ; Baugher, C. ; Zhang, Y. ; Schueler, M. ; Kukalev, A. ; Kempfer, R. ; Chiariello, A.M. ; Bianco, S. ; Li, Y. ; Davis, T. ; Scialdone, A. ; Welch, L.R. ; Nicodemi, M. ; Pombo, A.

Multiplex-GAM: genome-wide identification of chromatin contacts yields insights overlooked by Hi-C.

Lubatti, G. ; Stock, M. ; Iturbide Martinez De Albeniz, A. ; Ruiz Tejada Segura, M.L. ; Riepl, M. ; Tyser, R.C.V. ; Danese, A. ; Colomé-Tatché, M. ; Theis, F.J. ; Srinivas, S. ; Torres-Padilla, M.E. ; Scialdone, A.

CIARA: A cluster-independent algorithm for identifying markers of rare cell types from single-cell sequencing data.
Phys. Rev. E 107:044403 (2023)

Lazzardi, S. ; Valle, F. ; Mazzolini, A. ; Scialdone, A. ; Caselle, M. ; Osella, M.

Emergent statistical laws in single-cell transcriptomic data.
Cell Rep. 42:112045 (2023)

Weiß, M. ; Chanou, A. ; Schauer, T. ; Tvardovskiy, A. ; Meiser, S. ; König, A.-C. ; Schmidt, T. ; Kruse, E. ; Ummethum, H. ; Trauner, M. ; Werner, M. ; Lalonde, M. ; Hauck, S.M. ; Scialdone, A. ; Hamperl, S.

Single-copy locus proteomics of early- and late-firing DNA replication origins identifies a role of Ask1/DASH complex in replication timing control.
Epigenetics@HelmholtzMunich Banner

epigenetics@HelmholtzMunich

The Scialdone Lab is part of "Epigenetics at Helmholtz Munich"

Visit Page

Seminars and Events

Contact

Laura Grodtmann_selfportrairt
Laura Grodtmann

Administrative Assistant, IES

Gebäude / Raum: 90, 105