pH regulatorische Systeme mariner Larvenstadien: Neue Modelle für die Gesundheit des gastro-intestinal Traktes und der Biomineralisation in einer sich wandelnden Umwelt

• Antragsteller: Dr. Marian Yong-An Hu
• Fachliche Zuordnung: Biochemie und Physiologie der Tiere
• Förderung: Förderung seit 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 403529967

Seit über einem Jahrhundert wird die Seeigellarve als Modellorganismus benutzt, um die frühe embryonale Entwicklung und die zugrunde liegenden genregulatorischen Netzwerke in Deuterostomiern zu verstehen. Der Erfolg der Seeigellarve als Modellorganismus basiert auf ihrer besonderen phylogenetischen Position im Stammbaum der Deuterostomier. Dies ermöglicht Prozesse in einem einfachen System zu untersuchen und diese Erkenntnisse auf komplexe Systeme in Vertebraten und Menschen zu übertragen. Trotz ihrer Popularität in der Entwicklungs- und Evolutionsbiologie, sind physiologische Prozesse, welche die Evolution und Entwicklung unter sich verändernden Umwelt Bedingungen diktieren, weitgehend unerforscht. In diesem Projekt wird das Modell der Seeigellarve benutzt, um pH regulatorische Systeme zu untersuchen, die relevant für die Gesundgeit des Magen-Darm Traktes sowie für die Biomineralisierung des larvalen Skelettes sind. Die Seeigellarve besitzt zwei faszinierende pH regulatorische Systeme, die im Zuge meiner vorhergegangenen Forschungsarbeiten entdeckt wurden: i) einen stark alkalischen Magen bis zu pH 9.5 ii) eine hohe pH regulatorische Kapazität in den kalzifizierenden primären Mesenchymzellen (PMZ). Drei zentrale Zielsetzungen sollen in diesem Projekt erreicht werden: 1) Identifizierung der alkalinisierungs Mechanismen im Seeigellarvenmagen 2) Untersuchung des alkalischen Magens als Abwehrmechanismus gegenüber Umweltpathogenen. 3) Identifizierung pH regulatorischer Mechanismen in kalzifizierenden primären Mesenchymalzellen welche kritisch für die Biomineralisation sind. Die Forschungsergebnisse werden in den Kontext des Klimawandels eingebettet, da pH-Regulation einen Schlüsselprozess für die Belastbarkeit von marinen Organismen gegenüber der anthropogen bedingten Versauerung der Ozeane darstellt.Um die Rolle und Funktionsweise dieser beiden pH regulatorischen Systeme zu untersuchen, sollen molekulare, proteinbiochemische, fluorimetrische sowie elektrophysiologische Techniken angewendet werden. Hier ermöglicht mir die Seeigellarve Untersuchungen von der Ganztierebene bis hin zu spezifischen Manipulationen des genetischen Materials. Die Experimentelle Strategie basiert auf einer systematischen und schrittweisen Untersuchung der pH regulatorischen Mechanismen im Magenepithel und in skelettbildenden primären Mesenchymzellen. Die geplanten Untersuchungen beinhalten etablierte Komponenten sowie neue, pionierische Ansätze. Basierend auf dem gewonnenen mechanistischen Wissen können dann spezifische Manipulationen durchgeführt werden, um die Rolle der pH Regulation in der Pathogenabwehr und Biomineralisation der Seeigellarve zu untersuchen. Die lang-zeit Vision dieses Projektes zielt auf die Etablierung von mehreren Modellorganismen ab. Diese sollen vergleichende Untersuchung zur pH Regulation im Gastrointestinal-trakt und kalzifizierenden Geweben ermöglichen, welche neue Einsichten bis hinauf zur ökologischen und evolutionären Ebene erlauben.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen