Dynamische Mikrovilli und nanometrischer zelluläre 3D-Druck

Eine der grundlegenden Fragen der Biologie ist, wie bestimmte Formen in der Natur zu Stande kommen . Auf der Größenebene von Geweben oder ganzen Embryonen werden solche Formen durch die wechselseitige Kommunikation von Zellen, sowie ihrem gemeinsamen Verhalten, erklärt. Andererseits kann ultrastrukturelle Biologie Formen einzelner Moleküle und ihrer Komplexe bestimmen. Viel weniger weiß man jedoch über den Größenbereich dazwischen, also darüber, wie einzelne Zellen formgebend wirksam werden. Dieses Forschungsprojekt will genau diese Lücke schließen: Es soll klären, wie einzelne Zellen Strukturen im winzigen Größenbereich von Mikrometern bis Nanometern erzeugen. Dafür untersucht dieses Projekt eine besondere Zellart in Meeresborstenwürmern. Diese Zellen verändern auf kontrollierte Weise ihre Oberfläche, um aus dem Stoff Chitin haarähnliche Borsten zu formen, die auch Chaeten genannt werden. Frühere Arbeiten im Labor haben gezeigt, dass diese Borstenbildung erstaunlich an die Funktionsweise eines modernen 3D-Druckers erinnert: Beginnend mit der Spitze, wird die Borste schrittweise produziert, indem Chitin an der Zelloberfläche abgeschieden wird. Gleichzeitig verändert sich die Oberfläche der Zelle auf eine genau programmierte Weise. Eine wichtige Rolle scheinen dabei kleine Zellfortsätze zu spielen, die sich ausstrecken und wieder zurückziehen, während sie das Chitin ablagern. Weil dieser Prozess sehr genau und wiederholbar abläuft, vermuten wir, dass spezielle Moleküle die Bewegung dieser Zellfortsätze steuern. In diesem Projekt wollen wir ein erstes solches Molekül genauer untersuchen, das vermutlich das Wachstum der Zellfortsätze beeinflusst und damit die Form der Borsten bestimmt. Um das zu prüfen, werden wir die Funktion des entsprechenden Gens gezielt verändern, und dann beobachten, wie sich diese Manipulationen auf die Form der Borsten auswirken. Wir kombinieren für diese Forschungsarbeit moderne genetische Methoden mit hochauflösenden Mikroskopieverfahren, die uns helfen, Videos einzelner lebender Zellen in Echtzeit aufzunehmen und zu analysieren. Wir versprechen uns von den Resultaten dieser Arbeit nicht nur einen ersten Einblick in die formgebenden Mechanismen einzelner Zellen, sondern auch Hinweise auf ähnliche Mechanismen in der Entwicklung von Wirbeltieren und entsprechender krankhafter Prozesse.