Physiologische Genomik des Darms von Caenorhabditis elegans (AG Prof. Dr. Rüdiger J. Paul)
Der bodenbewohnende Nematode und Modellorganismus Caenorhabditis elegans eröffnet die Möglichkeit, physiologische Funktionen mit genetischer
Information zu verbinden. Wir hatten unsere Forschungsarbeit an diesem Tier mit Untersuchungen zu Stoffwechselprozessen (Anaerobiose und metabolische Anpassung
an Umweltveränderungen) begonnen. Seit einiger Zeit haben wir die Funktionsweise des Darmepithels als weiteres Forschungsthema aufgenommen. Der Darm
besteht aus nur 20 Zellen, die ein röhrenartiges Epithel ausbilden (Ringe aus 2 oder 4 Zellen), die über spezielle Zell-Zell-Kontakte miteinander verbunden
sind. Soweit es Entwicklung und allgemeine Morphologie betrifft, ist der Darm gut charakterisiert, jedoch ist dessen Physiologie bisher nur wenig verstanden. Als
methodischen Ansatz kombinieren wir "RNA interference" - Techniken ("RNAi") zur "Ausschaltung" der Expression spezifischer
Proteine und molekulare, strukturelle und funktionelle Phänotypanalysen, um so die physiologischen Funktionen der verschiedenen Teile des Darmes zu
untersuchen. Mit Hilfe dieser Methodenkombination hoffen wir, genetische Information mit der spezifischen Funktion von Proteinen, Zellen und dem gesamten Organ in
Verbindung bringen zu können.
Zur Zeit konzentrieren
wir uns auf die strukturelle und funktionelle Differenzierung der verschiedenen Darmabschnitte oder Darmzellen, die es ihnen erlaubt, das gesamte Spektrum der
Darmfunktionen wie z. B. Sekretion, Verdauung und Resorption zu erfüllen. Im Wildtyp und in RNAi-Würmern werden verschiedene Zellorganellen durch
spezifische Färbung der Darmzellen optisch dargestellt und ihre Eigenschaften (Lage, Zahl oder Größe) mit Hilfe digitaler Bildverarbeitung quantitativ
analysiert. Auf diese Art wird die strukturelle Differenzierung des Darmes und die Konsequenzen des "Ausschaltens" von Proteinen studiert. Die funktionelle
Differenzierung wird im Wildtyp und in RNAi-Würmern z. B. durch Verwendung fluoreszierender Substratmoleküle für den transepithelialen Transport
untersucht. Der Bestand an mRNAs (z. B. für Membrantransportproteine) wird mit Hilfe semi-quantitativer RT-PCR erfaßt. Expression und spezifische Lage
wesentlicher Membrantransportproteine (z. B. Carrier und Pumpen) werden unter Verwendung transgener Würmer, die GFP-Fusionsproteine (GFP:
Grünfluoreszierendes Protein) exprimieren, analysiert. Die Strategie der nahen Zukunft wird es sein, unser methodisches Repertoire zur molekularen, strukturellen
und physiologischen Analyse von Phänotypeigenschaften Schritt um Schritt zu erweitern, und durch den Vergleich von Wildtyp und RNAi-Phänotyp, die
Gen- und Proteinfunktionen mit dem Hauptaugenmerk auf epitheliale Transportprozesse zu untersuchen.
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