Nach ihrer Wanderung durch den Zebrafisch-Embryo positionieren sich Keimzellen (grün) in zwei Clustern auf beiden Seiten des sich entwickelnden Darms (rot).

A.1: Zelluläre Polarisation und Veränderungen der Zellstruktur

Beteiligte: Erez Raz, Ivan Bedzhov, Timo Betz, Karin Busch, Cornelia Denz, Carsten Fallnich, Xiaoyi Jiang, Christian Klämbt, Stefan Luschnig, Maja Matis, Wolfram PerniceAndreas Püschel, Sebastian Rumpf, Britta Trappmann, Roland Wedlich-Söldner

Die Migration von Zellen erfordert eine dynamische Reorganisation von Faktoren, die die molekulare und morphologische Polarisation einer Zelle bestimmen. Zellpolarisation und Veränderungen der Zellform wiederum ermöglichen die Wanderung durch Gewebe, indem sie die dynamische Umgestaltung von Kontakten mit anderen Zellen oder der extrazellulären Umgebung und die Bildung stabiler Verbindungen im Zielgebiet der Zellwanderung ermöglichen.
Die Arbeiten in diesem Forschungsbereich konzentrieren sich auf die Untersuchung der Zellpolarisation und der Kompetenz für gerichtete Bewegungen in verschiedenen Modellorganismen. Dabei werden insbesondere die folgenden Prozesse untersucht:

  • Keimzellmigration im Zebrafisch
  • Gliazellmigration in Drosophila
  • Dynamik neuronaler Stammzellen im Gehirn der Maus

Zellform und Determinanten der Zellpolarisation werden dabei mit Hilfe neuartiger Fluoreszenzmarker und mittels optischer Bildgebung in vivo (z.B. 2-Photonen-Mikroskopie, nichtlineare Mikroskopie) charakterisiert. Diese Messungen werden dann mit physikalischen Eigenschaften korreliert, die für die Zellform und Zellpolarität relevant sind. Dazu gehören z.B. die Zellmembranspannung, Steifigkeit des Zellkortex und das Fließverhalten des Zytoplasmas. Mittels mathematischer Analyseverfahren soll in Verbindung mit Video-Mikroskopie die durchschnittliche Zellstruktur bestimmt und dann Abweichungen von dieser unter verschiedenen experimentellen Bedingungen identifiziert werden.
Veränderungen in der Zelldifferenzierung und die funktionale Manipulation von möglichen Signalwegen innerhalb der wandernden Zelle oder in ihrer Umwelt sollen verwendet werden, um die grundlegenden Prinzipien der Zellmigration zu verstehen. Dadurch können Erkenntnisse über die genetische und epigenetische Informationsübertragung für spezifisches Zellverhalten und zur Entschlüsselung der zugrundeliegenden Mechanismen von zellulärer Polarität und Motilität erlangt werden.

Geförderte Projekte

FF-2016-01 – Rotational motion in epithelial morphogenesis: Analysis of conserved molecular mechanisms
Projektleitung: Sven Bogdan, Klaus Ebnet
Projektlaufzeit: 07/2016 - 06/2017

FF-2016-03 – Symmetry Breaking in Neurons
Projektleitung: Christian Engwer, Milos Galic
Projektlaufzeit: 07/2016 - 06/2017

FF-2016-17 – Mechanisms of human sperm rheotaxis
Projektleitung: Timo Strünker, Carsten Fallnich
Projektlaufzeit: 07/2016 - 06/2017

FF-2015-01 – Mechanische Anpassung wandernder Zellen im Kontext von Immunantwort und embyonaler Entwicklung
Projektleitung: Timo Betz
Projektlaufzeit: 07/2015 - 06/2017

FF-2015-08 – Calcium-vermittelte Aktinreorganisation (CAR) bei der Entwicklung und Pathogenese von Podozyten
Projektleitung: Hermann Pavenstädt, Roland Wedlich-Söldner
Projektlaufzeit: 07/2015 - 06/2017

FF-2014-09 – Einfluss der Elastizität von Zellen und Gewebe auf die Zellmigration und Zellmorphogenese
Projektleitung: Cornelia Denz, Erez Raz
Projektlaufzeit: 07/2014 - 06/2016
 
FF-2013-03 – Identifizierung neuer Aktin-Regulatoren der Zellform, Zellmigration und Zellpolarität in Drosophila-Blutzellen
Projektleitung: Sven Bogdan, Xiaoyi Jiang
Projektlaufzeit: 07/2013 - 06/2015