Die molekularen Mechanismen bei der Ausbildung von Gewebegrenzen in tierischen Organismen

• Antragstellerin: Professorin Dr. Angelika Böttger
• Fachliche Zuordnung: Evolutionäre Zell- und Entwicklungsbiologie der Tiere ; Biochemie und Physiologie der Tiere
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 288460846

Hydra ist ein Mitglied des uralten Tierstammes der Nesseltiere. Genom- Sequenzierungen, die für Hydra und andere Pre-Bilateria durchgeführt wurden, haben gezeigt, daß die meisten Signalwege, die für die Embryonalentwicklung und die zelluläre Homeostasis höherer Tiere zuständig sind, einschließlich des Notch-Signalweges, bereits in frühen Metazoen aufgetaucht sind. Die Fehlregulation des Notch-Signalweges führt zu Tumoren und degenerativen Erkrankungen. In Hydra führt die Blockierung des Notch-Signalweges zu einem Differenzierungsblock in der interstitiellen Stammzelllinie sowie schweren Fehlern bei der Musterbildung. Mehrere Signalwege sind für die Musterbildung und den Kopfaktivierungsgradienten von Hydra verantwortlich, dazu gehören der Wnt-, der BMP- und der FGF-Signalweg. Diese Signalwege werden durch diffundierbare Signalmoleküle reguliert, welche Gradienten von Signalaktivität erzeugen können. Im Gegensatz dazu hängt die Übertragung von Notch-Signalen von einem direkten Zell-Zell-Kontakt ab und erlaubt eine präzise Umschaltung von Signalaktivitäten in zwei aneinander angrenzenden Zellen. Das erlaubt die Bildung von Gewebsgrenzen, wo zwei Zellen aneinanderstoßen, die unterschiedliche Schicksale nehmen, z.B. proliferierende Zellen in der Tentakelzone und am Hypostom und differenzierende Zellen in den Tentakeln. Hydra mit ihrem einfachen Körperbau und ihrer unglaublichen Plastizität bei der Musterbildung stellt ein ideales Modellsystem dar, um die Integration von Gradienten diffundierbarer Signalmoleküle mit dem von Zellkontakten abhängigen Notch-Signalweg zu untersuchen. Das ist das langfristige Ziel dieses Antrags. In der ersten Periode der Laufzeit wollen wir neue Zielgene für Notch in Hydra finden. Diese könnten in Säugern konserviert sein und damit eventuell neue therapeutische Ansätze zur Behandlung von Notch-Dysfunktionen liefern. Dafür wird eine vergleichende Transkriptom-Analyse mit Notch-Inhibitoren durchgeführt. Darüberhinaus wollen wir die Zellen identifizieren, in denen das Notch-Signal aktiviert ist. Im Ergebnis möchten wir eine Kartierung von Notch-Signal gebenden Zellen sowie Zellen, die den Rezeptor und den Liganden exprimieren, erstellen. Auf dieser Grundlage wollen wir zukünftig herausfinden, wie Notch-Signalereignisse durch höhergeordnete Regulatoren positioniert werden, um die beobachtete Präzision der Ausbildung von Gewebsgrenzen in Hydra und während der Embryonalentwicklung höherer tierischer Organismen zu erreichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen