Wie bilden sich zelluläre Netzwerke aus?

Einsichten in zelluläre und molekulare Prozesse bei der Ausbildung von Organen und Blutgefässnetzwerken können wertvolle Hinweise zum Verständnis von Heilungsabläufen nach Krankheiten und Unfällen liefern.

Die Verteilung des Morphogens Dpp reguliert die Flügelgrösse der Fruchtfliege Drosophila.

Während der Entwicklung von mehrzelligen Organismen wird aus einer einzigen Zelle, dem befruchteten Ei, ein Lebewesen mit verschiedensten Organen, die zusammenarbeiten und sich zu einem funktionellen Ganzen zusammenfügen. Unsere Gruppe möchte dabei die zugrunde liegenden zellulären und molekularen Prozesse besser verstehen. Uns interessiert, wie sich Zellen bewegen, um einen bestimmten Zielort zu erreichen und wie die Grösse eines Lebewesens festgelegt wird. Auch untersuchen wir, wie komplexe Netzwerke aufgebaut sind, so beispielsweise das Blutgefässsystem.

Grundlagen der Organbildung in der Fruchtfliege
Wir analysieren mit genetischen Methoden die Entwicklung verschiedener Organe bei der Fruchtfliege Drosophila melanogaster. Dazu haben wir spezielle Techniken entwickelt, die uns erlauben, die Bildung von Organen mithilfe von fluoreszierenden Proteinen im lebenden Tier zu verfolgen. Aus diesen Studien können wir Modelle entwickeln, welche die Bildung des Tracheensystems oder des Flügels äusserst genau beschreiben (siehe Figur 1).

Blutgefässbildung beim Zebrafisch
Die aus der Organbildung in der Fruchtfliege gewonnen Einsichten helfen uns, die Entwicklung des Blutgefässsystems beim höheren Tier wie dem Zebrafisch besser zu verstehen. Wir untersuchen, wie verschiedene Blutgefässe angelegt und wie diese zu Netzwerken zusammengefügt werden. Insbesondere interessiert uns, wie Gefässe während ihrer Entwicklung, bei Verletzungen und Krankheiten umgebaut werden. Solche zellulären Prozesse können mittels Fluoreszenzmikroskopie erstmals am lebenden und fast durchsichtigen Zebrafisch aufgezeigt werden. Ein detailliertes Verständnis dieser Prozesse könnte helfen, Krankheiten wie Krebs besser zu bekämpfen, indem man versucht, die Blutgefässzufuhr zum wachsenden Tumor effizient zu unterbinden.

Neue Werkzeuge um Entwicklungsprozesse zu studieren
Die biologische Forschung würde erheblich von Werkzeugen profitieren, die es ermöglichen, die Funktion von Proteinen in vivo direkt und genau zu steuern. Funktionalisierte proteinbindende Moleküle wie zum Beispiel Nanobodies oder DARPins, haben sich als vielfältig einsetzbare Werkzeuge erwiesen, mit denen sich spezifische Proteine inner- und ausserhalb von Zellen gezielt manipulieren lassen. In Drosophila und im Zebrafisch haben wir Pionierarbeit im Einsatz solcher proteinbindenden Moleküle geleistet. Wir setzen grosse Anstrengungen in die Verbesserung und in vivo Anwendung dieser Werkzeuge, denn mit ihrer Hilfe können wir besser verstehen lernen, wie sich komplexe Organe wie zum Beispiel das Blutgefässsystem entwickeln und funktionieren.