Das WIN-Kolleg

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4. Forschungsschwerpunkt

PRINZIPIEN DER ENTWICKLUNG UND FORMGEBUNG IN DER BIOLOGIE
Sprecher: Almut Köhler
Kollegiaten:
Anna Marciniak-Czochra1, Almut Köhler2, Fernanda Rossetti3, Mihaela Zigman4
Mitarbeiter: Moritz Mercker1, Christina Deichmann2, Alexander Körner3
1 Zentrum für Modellierung und Simulation in den Biowissenschaften (BIOMS) &
Institut für Angewandte Mathematik, Universität Heidelberg
2 Molekulare Entwicklungs- und Zellphysiologie, Zoologisches Institut, KIT Karls-
ruhe
3 Institut für Physikalische Chemie, Universität Heidelberg
4 Molekulare Evolution und Genetik, Institut für Zoologie, Universität Heidelberg
Allgemeine Zielsetzung
Das Verständnis der Prinzipien der Formbildung (Morphogenese) ist eine der zen-
tralen ungelösten Fragestellungen der Biologie. Ziel dieses Projektes ist es, das fun-
damentale Paradigma, wie strukturierte Formen aus homogenen entstehen, zu
untersuchen. Der Symmetriebruch stellt dabei den entscheidenden Schritt dar, wie
aus einer homogenen Zellschicht das Muster einer biologischen Form gebildet wird.
Er ist die Basis für das Verständnis der Morphogenese der lebendigen Organismen.
Aufgrund der Komplexität der Selbstorganisation bei der Entstehung biologischer
Formen ist ein interdisziplinärer Ansatz unabdingbar.
Räumliche biologische Formen können mechanistisch auf Muster von Krüm-
mungen unterschiedlicher Zellschichten zurückgeführt werden. Die Morphogenese
ist aber nur durch das quantitative Verständnis der zugrunde liegenden Netzwerk-
kontrolle von Morphogensignalen zellulärer Polarität sowie biochemischen und
mechanischen Zellinteraktionen zu erfassen. In diesem Projekt wird die Rolle der
zellulären Polarität, als Schnittpunkt all dieser Parameter, während des entscheiden-
den Moments des Symmetriebruchs aus homogenen Epithelien untersucht. Da das
Schicksal einzelner Zellen im Morphogenfeld von der Konzentration des Morpho-
gensignals abhängt, determiniert das räumliche und zeitliche Morphogenmuster die
Entwicklung. Daraus ergibt sich die Frage, wie sich ein Muster aus einer anfänglich
homogenen Zellpopulation erklären lässt.
Durch die enge Verzahnung der verschiedenen Disziplinen von moderner
Zellbiologie, klassischer Entwicklungsbiologie und neuesten Methoden der Bio-
chemie und Biophysik sowie der mathematischen Modellierung und Simulation