Konfokales Laserscanning-Mikroskop

• Fachliche Zuordnung: Grundlagen der Biologie und Medizin
• Förderung: Förderung in 2011
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 196445714

• Erstellungsjahr: 2015

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Das Laserscanningmikroskop wurde von mehreren Forschungsgruppen eingesetzt, um in lebenden und fixierten Proben die Zell- und Gewebeorganisation und -dynamik zu untersuchen. Die Bandbreite der biologischen Systeme war breit und umfasste Taufliege (Drosophila), Krallenfrosch (Xenopus), Mehlkäfer (Tribolium), Spinnen (Pholcus phalangiodides, Parasteatoda tepidariorum), Zebrafisch, Nieren-, Herzgewebe und eine Reihe von diversen kultivierten Zellen. Eine gängige Aufgabe war, die Verteilung von endogenen und injizierten Protein, RNA oder Organellen innerhalb von Zellen oder eines Gewebes zu bestimmen. Dies wurde mit Methoden der Immunhistologie oder in situ Hybridisierung erreicht, wobei mehrere Sonden mit jeweils spezifischer Fluoreszenzmarkierung eingesetzt wurden. Mit mehreren Detektoren und Teilung des Farbspektrums wurde eine simultane und eindeutige Detektion und räumliche Zuordnung der Sondenverteilungen erreicht. Die Dynamik von Proteinen wurde durch Zeitrafferaufnahmen von Zellen, die fluoreszierende Proteine (Fusionsproteine mit green fluorescent protein GFP oder Varianten) exprimierten, aufgezeichnet. Schnelle Lebendbildgebung und Bleichexperimente (FRAP) waren möglich, weil das Mikroskop mit einem hochsensitiven Hybriddetektor mit einer Quantenausbeute von über 50% ausgestattet ist. Gewebe- und Zelldynamik wurde untersucht, indem Zellen GFP (oder Varianten)-markierte Markerproteine exprimierten, die den Zellumriß, den Zellkern, das Zytoskelett oder die Zentrosomen markierten, um Beispiele zu nennen. Mit der hohen Quantenausbeute des Hybriddetektors war Fluoreszenzkorrelationsspektrometrie möglich, was für die Abschätzung der Mobilität von Proteinen innerhalb der Membran genutzt wurde. Die wissenschaftlichen Themen umfassten die Kontrolle der Zellzyklusdynamik im frühen Drosophilaembryo, Stammzellproliferation und -homeostase im Mitteldarm, die Wanderung von Xenopus Neuralleistenzellen, Mechanismen und Funktion von subzellulärer RNA Lokalisation am Beispiel von vegetal lokalisierten und Keimplasma assoziierten RNAs in Xenopus und Slam RNA in Drosophila. Mechanismen der Morphogenese und Gewebeselbstorganisation war eine Thematik, die mit mehreren experimentellen Systemen (Zellkernanordnung in syncytialen Embryo, epitheliale Zellinterkalation, Zellkernmorphogenese, Umbildung von Herzgewebe, Metamorphose in Spinnen) untersucht wurde, wie auch die Bildung, Polarisierung und intrazellulärer Transport von Membranen. Ein besonderer Schwerpunkt waren neurobiologische Themen, wie die Anlage und Ausbildung des Nervensystems in Xenopus, Drosophila und Tribolium, sowie zellbiologische Grundlagen medizinisch relevanter Themen wie die Herzfunktion, Nierenfibrose und Darmhomeostase.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• (2011). RACK1 is a novel interaction partner of PTK7 that is required for neural tube closure. Development, 138, 1321-27
  Wehner P., Shnitsar I., Urlaub H.H., Borchers A.
  
• 2012. Activin-like kinase 3 is important for kidney regeneration and reversal of fibrosis. Nat Med. 2012 ;18(3):396-404
  Sugimoto H, Lebleu VS, Bosukonda D, Keck P, Taduri G, Bechtel W, Okada H, Carlson W, Bey P, Rusckowski M, Tampe B, Tampe D, Kanasaki K, Zeisberg M, Kalluri R
  
• (2013) Migratory and adhesive properties of Xenopus laevis primordial germ cells in vitro. Biol. Open 2, 1279-1287
  Dzementsei, A., Schneider, D., Janshoff, A. and Pieler, T.
  
• (2013) The Prdm13 histone methyltransferase endoding gene is a Ptf-1a-Rbpj downstream target that suppresses glutamatergic and promotes GABAergic neuronal fate in the dorsal neural tube. Dev. Biol. 386, 340-357
  Hanotel, J., Bessodes, N., Thelie, A., Hedderich, M., Parain, K., Van Driessche, B., Brandao Kde, O., Kricha, S., Jorgensen, MC., Grapin-Botton, A., Serup, P., Van Lint, C., Perron, M., Pieler, T., Henningfeld, KA. and Bellefroid, EJ
  
• Formin' cellular structures - physiological roles of Diaphanous (Dia) in actin dynamics (review). Comm Integ Biol 6 (2013) e27634
  S Bogdan, J Schulz, J Großhans
  
• Number of nuclear divisions in the Drosophila blastoderm controlled by onset of zygotic transcription. Curr Biol 23 (2013) 133-138
  H.-W. Sung, S. Spangenberg, N. Vogt, J. Großhans
  
• Protein signaling governs the cortical stability during apical constriction in Drosophila gastrulation. Mech Dev 130 (2013) 132- 142
  T Kanesaki, S Hirose, J Großhans, N Fuse. Heterotrimeric G
  
• Resolution-doubling in fluorescence microscopy with Confocal Spinning-Disk Image Scanning Microscopy. PNAS 110 (2013) 21000- 21005
  O Schulz, C Pieper, D Hähnel, M Clever, J Pfaff, RH Kehlenbach, FS Wouters, J Großhans, G Bunt, J Enderlein
  
• The F-BAR protein Cip4/Toca-1 antagonizes the formin Diaphanous in membrane stabilization and compartmentalization. J Cell Sci 126 (2013) 1796-1805
  S Yan, Z Lv, M Winterhoff, C Wenzl, T Zobel, J Faix, S Bogdan, J Großhans
  
• (2014) The PDZ domain protein Mcc is a novel effector of non-canonical Wnt signaling during convergence and extension in zebrafish. Development 141, 3505-3516
  Teddy Young, Yogavalli Poobalan, Ee Kim Tan, Shijie Tao, Sheena Ong, Peter Wehner, Janina Schwenty-Lara, Chin Yan Lim, Akila Sadasivam, Matthew Lovatt, Siew Tein Wang, Yusuf Ali, Annette Borchers, Karuna Sampath and N. Ray Dunn
  
• (2014). Souffle/Spastizin controls secretory vesicle maturation during zebrafish oogenesis. PLoS Genet 10, e1004449
  Kanagaraj, P., Gautier-Stein, A., Riedel, D., Schomburg, C., Cerda, J., Vollack, N., and Dosch, R.
  
• (2014). Wnt/β-catenin signaling integrates patterning and metabolism of the insect growth zone. Development; 141(24):4740- 50
  Oberhofer, Georg; Siemanowski, Janna L. and Beissbarth, Tim and Bucher, Gregor
  
• A computational model of nuclear self-organisation in syncytial embryos. J Theor Biol 359 (2014) 92-100
  C Koke, T Kanesaki, J Großhans, US Schwarz, CM Dunlop
  
• Function and dynamics of slam in furrow formation in early Drosophila embryo. Dev Biol 386 (2014) 371-384
  S Acharya, P Laupsien, C Wenzl, S Yan, J Großhans
  
• Scratch2 Modulates Neurogenesis and Cell Migration Through Antagonism of bHLH Proteins in the Developing Neocortex. Cereb. Cortex Cerebral Cortex, Volume 24, Issue 3, 1 March 2014, Pages 754–772
  Paul, V., Tonchev, A.B., Henningfeld, K.A., Pavlakis, E., Rust, B., Pieler, T. and Stoykova, A.
  
• Tet3-mediated hydroxymethylation of epigenetically silenced genes contributes to BMP7-induced Reversal of Kidney Fibrosis. J Am Soc Nephrol. 2014; 25(5):905-12
  Tampe B, Tampe D, Muller CA, Sugimoto H, LeBleu V, Xu X, Muller GA, Zeisberg EM, Kalluri R, Zeisberg M
  
• The glucosyltransferase Xiantuan of the endoplasmic reticulum specifically affects E-Cadherin expression and is required for gastrulation movements in Drosophila. Dev Biol, 390 (2014) 208-220
  Y Zhang, D Kong, L Reichl, N Vogt, F Wolf, J Großhans
  
• Thrombospondin-1 deficiency causes a shift from fibroproliferative to inflammatory kidney disease and delays onset of renal failure. Am J Pathol. 2014; 184(10):2687-98
  Zeisberg M, Tampe B, LeBleu V, Tampe D, Zeisberg EM, Kalluri R
  
• Induction of Tet3-dependent epigenetic remodeling by low-dose Hydralazine attenuates progression of chronic kidney disease. EBioMedicine Volume 2, Issue 1, January 2015, Pages 19-36
  Tampe B, Tampe D, Zeisberg EM, Müller GA, Bechtel-Walz W, Koziolek M, Kalluri R, Zeisberg M
  
• The mechanical properties of early Drosophila embryos measured by high-speed video microrheology. Biophysical Journal Volume 108, Issue 8, 21 April 2015, Pages 1899-1907
  AD Wessel, Gumalla M, J Grosshans, CF Schmidt