4. Forschungsschwerpunkt
PRINZIPIEN DER ENTWICKLUNG UND FORMGEBUNG IN DER BIOLOGIE
Sprecher: Dr. Mihaela Zigman
Kollegiaten:
Prof. Dr. Anna Marciniak-Czochra1, Dr. Fernanda Rossetti2, Dr. Mihaela Zigman3,
Dr. Almut Köhler4 (Assoziiertes Mitglied)
Mitarbeiter: Moritz Mercker1, Christina Deichmann4, Alexander Körner2
1 Zentrum für Modellierung und Simulation in den Biowissenschaften (BIOMS) &
Institut für Angewandte Mathematik, Universität Heidelberg
2 Institut für Physikalische Chemie, Universität Heidelberg
3 Centre for Organismal Studies (COS), Universität Heidelberg
4 Molekulare Entwicklungs- und Zellphysiologie, Zoologisches Institut, KIT Karls-
ruhe
Allgemeine Zielsetzung
Wie räumliche dreidimensionale biologische Formen entstehen, ist weitgehend
unbekannt. Im Fokus dieses Projektes steht die Frage, welcher molekulare Mecha-
nismus in zweidimensionalen Epithelien den Symmetriebruch zu einem dreidimen-
sionalen Gewebe steuert. Durch die enge Verzahnung von moderner Zellbiologie,
klassischer Entwicklungsbiologie und neuesten Methoden der Biochemie und Bio-
physik sowie der mathematischen Modellierung und Simulation untersuchen wir
grundlegende initiierende Schritte der Morphogenese.
1. Ergebnisse
1.1 De /zot'o-Gewebemorphogenese in Hydra-Zellaggregaten - Experimente und
Mathematische Modellierung
Wir haben ein quantitatives Modellsystem zum Studium der Musterbildung und des
Symmetriebruchs aus Hydra-Zellaggregaten etabliert. Der Symmetriebruch stellt
einen unverstandenen, jedoch universalen morphogenetischen selbstorganisierenden
Prozess dar, wie aus einer nahezu homogenen Zellschicht das Muster einer biologi-
schen Form gebildet wird. Die Hydra-Tiere werden in ihre Einzelzellen dissoziiert
und anschließend werden Einzelzellen wieder zueinander gebracht, um Reaggrega-
te zu bilden. Aus diesen können neue Körperachsen mit einem Organisator im Zen-
trum und anschließend funktionsfähige Tiere regenerieren. Die wohldefinierten
Anfangsbedingungen, Robustheit der Regenerierung, die Möglichkeit, die genetisch
unterschiedlichen Zellen zu bilden, und die reduzierte Komplexität im Vergleich zu
PRINZIPIEN DER ENTWICKLUNG UND FORMGEBUNG IN DER BIOLOGIE
Sprecher: Dr. Mihaela Zigman
Kollegiaten:
Prof. Dr. Anna Marciniak-Czochra1, Dr. Fernanda Rossetti2, Dr. Mihaela Zigman3,
Dr. Almut Köhler4 (Assoziiertes Mitglied)
Mitarbeiter: Moritz Mercker1, Christina Deichmann4, Alexander Körner2
1 Zentrum für Modellierung und Simulation in den Biowissenschaften (BIOMS) &
Institut für Angewandte Mathematik, Universität Heidelberg
2 Institut für Physikalische Chemie, Universität Heidelberg
3 Centre for Organismal Studies (COS), Universität Heidelberg
4 Molekulare Entwicklungs- und Zellphysiologie, Zoologisches Institut, KIT Karls-
ruhe
Allgemeine Zielsetzung
Wie räumliche dreidimensionale biologische Formen entstehen, ist weitgehend
unbekannt. Im Fokus dieses Projektes steht die Frage, welcher molekulare Mecha-
nismus in zweidimensionalen Epithelien den Symmetriebruch zu einem dreidimen-
sionalen Gewebe steuert. Durch die enge Verzahnung von moderner Zellbiologie,
klassischer Entwicklungsbiologie und neuesten Methoden der Biochemie und Bio-
physik sowie der mathematischen Modellierung und Simulation untersuchen wir
grundlegende initiierende Schritte der Morphogenese.
1. Ergebnisse
1.1 De /zot'o-Gewebemorphogenese in Hydra-Zellaggregaten - Experimente und
Mathematische Modellierung
Wir haben ein quantitatives Modellsystem zum Studium der Musterbildung und des
Symmetriebruchs aus Hydra-Zellaggregaten etabliert. Der Symmetriebruch stellt
einen unverstandenen, jedoch universalen morphogenetischen selbstorganisierenden
Prozess dar, wie aus einer nahezu homogenen Zellschicht das Muster einer biologi-
schen Form gebildet wird. Die Hydra-Tiere werden in ihre Einzelzellen dissoziiert
und anschließend werden Einzelzellen wieder zueinander gebracht, um Reaggrega-
te zu bilden. Aus diesen können neue Körperachsen mit einem Organisator im Zen-
trum und anschließend funktionsfähige Tiere regenerieren. Die wohldefinierten
Anfangsbedingungen, Robustheit der Regenerierung, die Möglichkeit, die genetisch
unterschiedlichen Zellen zu bilden, und die reduzierte Komplexität im Vergleich zu