4. Forschungsschwerpunkt

PRINZIPIEN DER ENTWICKLUNG UND FORMGEBUNG IN DER BIOLOGIE
Sprecher: Dr. Almut Köhler
Kollegiaten:
Dr. Anna Marciniak-Czochra1, Dr. Almut Köhler2, Dr. Fernanda Rossetti3, Dr.
Mihaela Zigman4
Mitarbeiter: Moritz Mercker1, Christina Deichmann2, Alexander Körner3
1 Interdisziplinäres Zentrum für Wissenschaftliches Rechnen (IWR) & Institut für
Angewandte Mathematik & BIOQUANT, Universität Heidelberg
2 Molekulare Entwicklungs- und Zellphysiologie, Zoologisches Institut, KIT Karls-
ruhe
3 Lehrstuhl für Physikalische Chemie von Biosystemen, Physikalisch-Chemisches
Institut, Universität Heidelberg
4 Centre for Organsimal Studies (COS), Molekulare Evolution und Genomik, Insti-
tut für Zoologie, Universität Heidelberg
Allgemeine Zielsetzung
Das Verständnis der Mechanismen und Prinzipien der Gewebemorphogenese ist eine
der zentralen ungelösten Fragestellungen der Biologie. Ziel dieses Projektes ist es, das
fundamentale Paradigma, wie strukturierte Formen aus homogenen Formen entste-
hen, zu untersuchen. Der Symmetriebruch stellt dabei den entscheidenden und bis-
her weitgehend unverstandenen Schritt dar, wie aus einer homogenen Zellschicht
das Muster einer biologischen Form gebildet wird. Dieser Prozess initiiert die drei-
dimensionale Faltung an einer definierten Stelle im Epithelverband. Morphogene
wie Wnt und BMP spielen bei der Morphogenese von Organen in diversen Modell-
organismen eine wichtige Rolle. So steuern sie z.B. die Knospung in Hydra und die
Induktion der Neuralleistenzellen in Vertebraten. Es wird angenommen, dass es sich
bei diesen Morphogenen um notwendige Induktoren für den dabei auftretenden
Symmetriebruch im Gewebe handelt. Bisher ungeklärt ist jedoch, ob die Morpho-
gene in Form von Gradienten präsentiert werden müssen, oder ob spezifische loka-
le Konzentrationen notwendig sind, um diese dreidimensionalen Veränderungen im
Gewebe hervorzurufen. Unklarheit besteht auch darüber, ob diese Moleküle schon
vor der Faltung unpolar entlang der Zelle verteilt sind, oder ob die Veränderungen der
Zellpolarität erst durch sie ausgelöst werden. Änderungen in der Zellpolarität kenn-
zeichnen frühe Stadien der Entstehung einer neuen Körperachse in der einfachen
Metazoenspezies Hydra sowie in klassischen Gewebemodellen der Hydraknospung
oder Hydraregenerierung aus Zellaggregaten. Ebenso findet man eine veränderte