Signalwege, die zelluläre Prozesse wie Proliferation, Quieszenz, Migration und Apoptose steuern, sind entscheidend für Embryonalentwicklung, Gewebehomöostase und Regeneration. Eine Fehlregulation dieser Signalprozesse kann zu schweren Erkrankungen wie Krebs führen. Daher ist eine Wechselwirkung verschiedener Signalwege unerlässlich, um das Gleichgewicht zwischen den oben genannten Zellschicksalen aufrechtzuerhalten und pathologische Ereignisse zu verhindern. Beispielsweise sind mitogene Signale, die durch das MAPK-Netzwerk vermittelt werden, erforderlich, damit Zellen in den Zellzyklus eintreten und sich teilen können. Allerdings sind anti-mitogene Signale, wie sie von SMAD-Proteinen übertragen werden, essenziell, um unkontrollierte Zellteilung zu verhindern. In der vorliegenden Arbeit wurden quantitative zeitaufgelöste Messungen von Reporterzelllinien durchgeführt und die entstandenen Daten mittels computergestützter Analyse evaluiert, um ein besseres Verständnis dieser Wechselwirkungen zu erhalten. Im ersten Teil meiner Dissertation untersuchte ich wie die MAPK und PI3K/AKT-Signalwege zusammenarbeiten, um den Eintritt und das Fortschreiten des Zellzyklus zu regulieren. Obwohl diese Netzwerke in früheren Studien gut charakterisiert wurden, ist ihr relativer Beitrag, insbesondere in Bezug auf spätere Zellzyklusstadien, noch weitgehend unerforscht. Aus diesem Grund wurde die Reaktion quieszenter Zellen auf akute mitogene Stimuli untersucht. Hierfür wurden zunächst nicht transformierte humane Brustepithelzellen durch den Entzug von Wachstumsfaktoren in Quieszenz gebracht. Danach wurde die EGF-induzierte Signalverarbeitung in einzelnen Zellen über die Zeit quantifiziert, was zeigte, dass beide Signalwege für den Eintritt in den Zellzyklus notwendig sind, aber nur PI3K/AKT die Dauer der S-Phase beeinflusste. Meine Ergebnisse deuten darauf hin, dass die hohen Stoffwechselanforderungen der S-Phase ohne funktionsfähiges AKT nicht erfüllt werden, wodurch es zu einer stark verlängerten Zellzyklusphase kommt. Im zweiten Teil meiner Arbeit untersuchte ich, wie der Zellzyklus und mitogene Signale den SMAD Signalweg beeinflussen. Dabei ergab sich, dass Liganden der TGFb-Superfamilie in ruhenden und sich teilenden Zellen sehr unterschiedliche Auswirkungen haben. Während TGFb eine stärkere SMAD2-Antwort in proliferierenden Zellen im Vergleich zu quieszenten Zellen induzierte, hatte GDF11 einen gegenteiligen Effekt. Ich konnte zeigen, dass der Grund für den Wechsel der Liganden Empfindlichkeit die MAPK-Aktivität war, welche vermutlich die Regulation der Zielgene veränderte. Daher stellte sich als nächstes die Frage, ob ein einzelnes Gen oder eine vollständige Neuverschaltung des Signalweges für diesen Effekt verantwortlich war. Da RNA-Sequenzierung deutliche Veränderungen in der Expression mehrerer SMAD-assoziierter Gene zeigte und einzelne Störungen der SMAD-Signalregulatoren das beobachtete Phänomen nicht nachbilden konnten, stellte ich die Hypothese auf, dass eine umfassendere Neuverschaltung des Netzwerks erforderlich ist, um die Empfindlichkeit gegenüber verschiedener Liganden zu verändern. Allerdings müssten weitere Studien, die beispielsweise Knockout- oder Aktivierungsscreenings im genomischen Maßstab verwenden, durchgeführt werden, um diese Hypothese zu validieren. Zusätzlich zur Änderung der Liganden-Empfindlichkeit beobachtete ich verschiedene SMAD-vermittelte Zellschicksale in proliferierenden und ruhenden Zellen. Während Apoptose nur in Zellen außerhalb eines aktiven Zellzyklus festgestellt wurde, wurden EMT und Zytostase nur in sich teilenden Zellen nachgewiesen. Die zellulären Reaktionen korrelierten sehr stark mit der Dynamik der SMAD-Signalübertragung, was darauf hindeutet, dass Liganden unterschiedliche zelluläre Auswirkungen durch Variationen in den SMAD2-Dynamiken vermitteln. Diese quantitativen Eigenschaften des Signalweges wurden später durch RT-qPCR und RNA-Sequenzierung bestätigt.