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