Prinzipien der Entwicklung und Formgebung in der Biologie
Das Verständnis der Prinzipien der Formbildung (Morphogenese) ist eine der zentralen ungelösten Fragestellungen der Biologie. Ziel dieses Projektes war es, das fundamentale Paradigma zu untersuchen, wie strukturierte Formen aus homogenen Formen entstehen. Räumliche biologische Formen können mechanistisch auf Muster von Krümmungen unterschiedlicher Zellschichten zurückgeführt werden. Die Morphogenese ist aber nur durch das quantitative Verständnis der zugrunde liegenden Netzwerkkontrolle von Morphogensignalen, zellulärer Polarität und biochemischen und mechanischen Zellinteraktionen zu fassen. ln diesem Projekt sollte die Rolle der zellulären Polarität als Schnittpunkt all dieser Parameter während des entscheidenden Moments des Symmetriebruchs aus homogenen Epithelien untersucht werden. Es wurden zwei Modellorganismen der Entwicklungsbiologie eingesetzt: der Süßwasser Polyp Hydra und der Krallenfrosch Xenopus. Hierbei sollte Hydra, der evolutionär basalste multizelluläre genetische Modellorganismus, mit dem Vertebraten Xenopus verglichen werden, um so die konservierten molekularen Mechanismen der Formbildung zu identifizieren. Durch die Einbeziehung neuer mathematischer Modellierungsansätze sollten die Mechanismen, welche den Prozessen der Formbildung zugrunde liegen, erfasst und analysiert werden.
Im Projekt entstandene Publikationen:
- Kumar S., Zǐgman M., Patel T.R., Trageser B., Gross J.C., Rahm K., Boutros M., Gradl D., Steinbeisser H., Stetefeld J., Özbek S. (2014). Molecular Dissection of Wnt3a-Frizzled8 Interaction Reveals Essential and Modulatory Determinants of Wnt Signaling Activity. In revision with BMC Biology.
- Zǐgman M., Laumann-Lipp N., Titus T., Postlethwait J., Moens C.B. (2014). Hoxb1b controls microtubule dynamics, cell shape and oriented cell divisions in neural tube morphogenesis. Development 141 (3): 639–649.
- Körner A., Abuillan W., Deichmann C., Rossetti F.F., Köhler A., Konovalov O.V., Wedlich D., Tanaka M. (2013). Quantitative determination of lateral concentration and depth profile of histidine-‐tagged recombinant proteins probed by grazing incidence X-‐ray fluorescence. J. Phys. Chem. B. 117(17): 5002–5008.
- Körner A., Deichmann C., Rossetti F.F., Köhler A., Konovalov O.V., Wedlich D., Tanaka M. (2013). Cell Differentiation of Pluripotent Tissue Sheets Immobilized on Supported Membranes Displaying Cadherin–11. PLoS One 8(2): e54749.
- Mercker M., Hartmann D., Marciniak-Czochra A. (2013). A mechanochemical model for embryonic pattern formation: Coupling tissue mechanics and morphogen expression. PLoS ONE 8(12): e82617.
- Mercker M., Marciniak-Czochra A., Richter T., Hartmann D. (2013): Modeling and computing of deformation dynamics of inhomogeneous biological surfaces. SIAM J. Appl. Math. 73(5): 1768–1792.
- Scholpp S., Poggi, L., Zǐgman M. (2013): Brain on the stage – Spotlight on nervous system development in zebrafish. Neural Development 19(8): 23.
Kollegiatinnen:
- Dr. Anna Marciniak-Czochra
- Dr. Fernanda Rossetti
- Dr. Mihaela Zigman
Assoziierte Projektpartnerin
Dr. Almut Köhler