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Wie aus embryonalen Zellen komplexe Organe entstehen
Unsere Forschungsgruppe untersucht, wie sich Embryonen als Reaktion auf Steuerelemente und sich verändernde Umweltbedingungen entwickeln
Unser Körper besteht aus etwa 30 Billionen Zellen, die in Organen wie Leber, Herz und Nieren organisiert sind. Diese spezialisierten Zellen werden im Embryo durch eine Kombination verschiedener molekularer Prozesse gebildet. Einige dieser Prozesse sind vorbestimmt, andere reagieren auf Umweltbedingungen.
Chromosomen in 3D
Wie sind Chromosomen im Zellkern angeordnet? Und wie wirkt sich diese Anordnung auf die Entwicklung aus? Der Zellkern ist während der Embryogenese sehr dynamisch und Chromosomen verändern sich kontinuierlich. Eines unser Ziele ist es zu verstehen, wie genau sich der Zellkern verändert, welche Faktoren diesen Prozess regulieren und welchen Einfluss dies auf die Entwicklung der Lebewesen hat. Wir können den Entwicklungsverlauf des Wurms C. elegans nutzen, um diesen Fragen nachzugehen und zu ergründen, was Zellen tun und welche Auswirkungen sie auf ihre Tochter- und Enkelzellen haben. Ein weiteres Ziel ist es herauszufinden, wie Eltern (Eizellen und Spermien) die Organisation des Genoms ihrer nachkommenden Zellen beeinflussen. Und drittens möchten wir verstehen, wie Heterochromatin – eine spezielle Form von Chromatin – während der Embryogenese neu gebildet wird. Wir haben in diesem Zusammenhang bereits einen Proteinkomplex entdeckt, der die zeitliche Abfolge der Entstehung von Heterochromatin mitbestimmt.
Master-Regulatoren bestimmen Zellschicksale
Frühe embryonale Zellen sind pluripotent, d.h. sie können in jeden Zelltyp ausreifen. Mit der Zeit schränkt sich das Entwicklungspotenzial dieser Zellen jedoch immer mehr ein. Sogenannte "Master-Regulatoren" spielen dabei eine wichtige Rolle: Sie kontrollieren die Zellidentität. Unser Labor untersucht an einem einfachen Modellorganismus, dem Fadenwurm Caenorhabditis elegans, wie Master-Regulatoren die Identität von Zellen bestimmen. Wir verwenden Methoden aus der Molekulargenetik, Bildgebung und Genomik, um festgelegte Wege zu identifizieren, die solche Master-Regulatoren aktivieren und die Zelldifferenzierung in Gang setzen.
Die Rolle der Umwelt bei der Entwicklung von Embryonen
Zusätzlich zu diesen unbeeinflussbaren Prozessen, besitzen Embryonen aber auch die Fähigkeit auf die Umweltbedingungen, die ihre Eltern oder Grosseltern erleben, zu reagieren. Wenn also die Vorfahren Krankheitserregern, Hunger oder Giften ausgesetzt sind, so verändern sich ihre Nachkommen, um auf diese Umweltprobleme adäquat reagieren zu können. Der Mechanismus, der die Kommunikation zwischen den Generationen ermöglicht, ist nach wie vor ein Rätsel.