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FÖRDERUNG DES WISSENSCHAFTLICHEN NACHWUCHSES

Kopf-Organisatorbildung in adulten Tieren stimuliert. Im Gegensatz zu adulten
Tieren finden wir aber, dass sowohl experimentell global erhöhte Mengen an
Wnt3a-Protein im Medium als auch eine chemische Aktivierung des Wnt-Signal-
wegs durch Zugabe von Alsterpaullone und eine genetische Aktivierung durch
Überexpression vonWnt3a in transgenen Hydren den 3D-Symmetriebruch signifi-
kant negativ beinträchtigen.
Die Mechanismen, die zum Symmetriebruch in Hydra-Reaggregaten fuhren,
basieren daher auf nicht erwarteten und nicht immer intuitiven mehrschichtigen
Zusammenhängen, deren Komplexität wir durch eine Engführung zwischen mathe-
matischer Modellierung, Simulationen und Experimenten reduzieren wollen. Im
vergangenen Jahr wurde von uns deshalb ein neuartiger Mechanismus des Symme-
triebruchs und der frühen Musterbildung in Hydra-Reaggregaten aufgrund unserer
theoretischen Untersuchungen postuliert. Dieser setzt einen ‘positiven feedback
loop’ zwischen Gewebekrümmung und Morphogen-Produktion voraus und
berücksichtigt neueste experimentelle Ergebnisse der Gewebeforschung. Wir prä-
sentierten damit zum ersten Mal einen Musterbildungsprozess, in welchem die
Gewebekrümmung die sonst üblichen chemischen Inhibitoren (vgl. Turing-Mecha-
nismen) ersetzt.
Im nächsten Schritt wurde dieser Mechanismus als mathematisches Modell
formuliert, basierend auf unseren bisherigen Arbeiten im Rahmen dieses Projektes
(1). Im Gegensatz und als Weiterentwicklung gegenüber unseren bisherigen Model-
len wird nun die Morphogen-Dynamik explizit berücksichtigt. Dies erlaubte uns
vielfältige Studien an dem Zusammenspiel zwischen Gewebe-Deformation und
Morphogen-Dynamik. Der postulierte Mechanismus kann — ausgehend von stocha-
stischen Anfangsbedingungen - spontan zu Symmetriebruch und stabilen Mustern
in Geweben führen und ist sehr robust: unterschiedliche initiale Morphogen-Vertei-
lungen und -Konzentrationen führen zu identischen finalen Mustern, wie auch
unsere biologischen Experimente belegen. Daten von Experimenten wurden bisher
zur Parametrisierung unseres Modells verwendet. Nun wurde unser Modell selbst
dazu verwendet, durch Parameterstudien u.a., vorherzusagen, dass die noch experi-
mentell unbekannte Morphogen-Diffüsionsstärke über die Größenskala der auftre-
tenden Musterbildung entscheiden sollte.
Als Basis für Simulations-Studien dienten uns numerische Finite-Elemente-
Algorithmen (1), die im Berichtszeitraum an unser neues Modell angepasst wurden.
U.a. können nun geschlossene Flächen simuliert werden, was den realistischen Ver-
gleich zu Gewebe-Sphären wie im Reaggregat gestattet (vgl. Abb. 1). Unsere Simu-
lationen und fluoreszenzmikroskopischen Studien an Hydra-Reaggregaten zeigen
viele qualitative Übereinstimmungen (vgl. Abb. 1) und damit das Potential unseres
Modells.
1.2. Gewebe-Modulation durch biofünktionalisierte Lipidmembranen
Wir benutzen das System der animalen Kappen von Xenopus /aews-Embryonen zur
Erzeugung von Neuralleistenzellen (NLZ), welche spezifisch für Vertebraten sind.