4. Forschungsschwerpunkt

PRINZIPIEN DER ENTWICKLUNG UND FORMGEBUNG IN DER BIOLOGIE
Sprecherin: Dr. Mihaela Zigman
Kollegialen:
Prof. Dr. Anna Marciniak-Czochra1, Dr. Fernanda Rossetti2, Dr. Mihaela Zigman3
Mitarbeiter:
Moritz Mercker1, Mareike Janssen1, Christina Deichmann4, Alexander Körner2,
Yizhu Li3
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
Die Musterbildung in Geweben mehrzelliger Organismen stellt einen unverstande-
nen, jedoch universalen morphogenetischen Prozess dar, wie aus einer nahezu
homogenen Zellpopulation eine funktionell organisierte biologische Form gebildet
wird. Im Fokus dieses Projektes steht die Frage, welcher molekulare Mechanismus
in zweidimensionalen Zellpopulationen von Epithelien die Musterbildung und
Morphogenese zu einem räumlich dreidimensionalen Gewebe in vivo steuert. Hier
erforschen wir die Rolle von Morphogengradienten als grundlegende Initiatoren
der Musterbildung und Morphogenese. Unsere experimentellen Modellsysteme
sind die de novo — Epithelienbildung aus Zellaggregaten der evolutionär basalen
Cnidarien {Hydra) sowie Neuralleistenzellen der Vertebratenspezies Xenopus. Wir
studieren die Musterbildung auf zellulärem als auch Gewebeniveau sowie mithilfe
mathematischer Modellierung und Simulation, während Neuralzellen biochemisch
und biophysikalisch nach Biofunktionalisierung von Lipidmembranen getestet
werden.
1. Ergebnisse
1.1 Musterbildung und Gewebemorphogenese in Hydra-Zellaggregaten
Als Modellsystem zum Studium der selbstorganisierenden Musterbildung und
Morphogenese in drei Dimensionen (3D) haben wir in den vorherigen Jahren ein
Protokoll und zelluläres System etabliert wie Körperachsen aus Hydrazellaggregaten