Die Entschlüsselung Alternativer Entwicklungsmodi

Während der frühen tierischen Embryonalentwicklung wird ein einfaches Zellkollektiv in eine mehrschichtige, komplexe Struktur transformiert. Anfänglich wird eine Mund- sowie eine gegenüberliegende Seite spezifiziert, was eine Hauptkörperachse oder Referenzlinie definiert. Entlang dieser werden charakteristische Tierbauplanmerkmale, wie z.B. das Nervensystem, der Darm und die Extremitäten räumlich angeordnet. In der Tierwelt ist die Spezifikation der (ersten) Körperachse konserviert, da vom Menschen bis hin zur Seeanemone dieselben oder ähnliche Gene, die damit verbundenen Prozesse koordinieren. Allerdings wird die Embryonalentwicklung auch durch artspezifische, externe (z.B. mütterlicherseits hinterlegte) Signale gesteuert. Hier beabsichtigen wir den Einfluss solcher externen Faktoren zu entfernen bzw. zu verringern, um herauszufinden, wie dadurch isolierte embryonale Zellen sich autonom zu einem funktionalen Tier entwickeln können. Dies kann durch die manuelle Dissoziation und Re- aggregation von frühen Embryonen erreicht werden, da hiermit bereits vorhandene räumliche Informationen durchmischt werden. Wegweisende Experimente in der Seeanemone Nematostella haben gezeigt, dass, im Vergleich zum natürlichen Embryo, die frühe Körperachsenentstehungin solchen Aggregatenanhand unterschiedlicher Zellkollektivbewegungen geschieht. Das Ergebnis ist hierbei auch ein funktionales Tier. Dies impliziert, dass embryonale Zellen ein erweitertes, inhärentes Entwicklungspotenzial besitzen, zumindest in Bezug auf die Spezifikation der Hauptkörperachse. Dementsprechend kann dieses Potenzial nur untersucht werden, wenn der Einfluss der externen Signale, die die Entwicklung ansonsten steuern, verringert wird. Das Ziel dieses Projekts ist die Identifikation gemeinsamer Mechanismen, die die Entstehung und Diversifikation von Tierbauplänen ermöglichen, als Zusammenspiel des zelleigenen Potenzials und des Einflusses externer Signale. Wir werden somit untersuchen, welche Interaktionen auf Zell- sowie Gewebeebene (z.B. Haftung und Signalübertragung) die Bildung der ersten Körperachse in Aggregaten von Seeanemonenembryonen ermöglichen. Weiterhin werden wir embryonale Aggregate in dem Nesseltier Clytia etablieren, dessen Embryo einen anderen Entwicklungsmodus als der der Seeanemone Nematostella aufweist. Der direkte Vergleich beider Aggregate könnte somit Gemeinsamkeiten in der Entwicklung enthüllen, die im natürlichen Embryo nicht vorkommen. Schließlich werden wir anhand unserer experimentellen Daten wesentliche biophysische Parameter herleiten und ein 3D Computer- Modell zur Erklärung der Aggregatentwicklung generieren. Da frühe Körperachsenentstehung in Clytia und Nematostella einer dem Menschen ähnlichen Genregulationslogik unterliegt, können diese Forschungszweige neue, fundamentale Mechanismen der Entwicklung tierischer Form aufdecken.