Forschungsschwerpunkte

Epithelzellen bilden die Grundstruktur eines großen Teils der Organe multizellulärer Tiere. Im Drosophila Embryo entsteht nach der Befruchtung zunächst ein Syncytium, in dem sich viele Zellkerne ein Zytoplasma teilen. In einem Prozess, der Zellularisierung genannt wird, wird aus dem Syncytium ein einschichtiger Epithelverband aus ca. 6000 Zellen (Abb. 1). Unsere Arbeiten haben gezeigt, dass eine human-medizinisch relevante Proteinkinase, aus der Familie der Mikrotubuli-assoziierten Serin/Threonin (MAST) Kinasen, eine essentielle Rolle bei der Bildung der Zellen spielen. Wir konnten zeigen, dass die Drosophila MAST kinase, Drop out, für die Phosphorylierung von Dynein notwendig ist. Unsere Forschung beschäftigt sich mit dem Mechanismus dieses Prozesses, und dabei insbesondere mit der Regulation der MAST Kinasen. Unsere Arbeitshypothese ist, dass Drop out ein zentrales Signalmolekül in der Umsetzung der Genregulation beim Übergang des Syncytiums in das epitheliale Stadium des frühen Embryos ist.

Fibroblastenwachstumsfaktoren (FGF) sind Signalmoleküle, die in der Kommunikation zwischen Zellen von einfachen Metazoen bis zum Menschen von großer Bedeutung sind. FGFs regulieren die Homöostase in Geweben und Organismen indem sie die Proliferation, Migration und das Überleben von Zellen kontrollieren. Fehler im FGF-Signalsystem führen im Menschen zu schweren Krankheiten (Krebs, zystische Fibrose, Dysplasien, u.v.a.). Unsere Arbeiten haben Komponenten eines neuen FGF-Signalsystems in Drosophila identifiziert und die Funktionen dieses Systems im epithelialen-mesenchymalen Übergang (EMT) und der kollektiven Zellmigration untersucht (Abb.2). Weitergehende genetische Screens und quantitative Proteomanalysen haben weitere molekulare Komponenten identifiziert, die in der FGF – vermittelten, kollektiven Zellmigration der Mesodermzellen involviert sind und deren Funktion Gegenstand weiterer Forschungsarbeiten ist.

Biologische Prozesse sind dynamisch und finden auf subzellulärer, zellulärer und suprazellulärer Ebene statt. Die ideale dynamische mikroskopische Bildgebung sollte den unterschiedlichen räumlichen und zeitlichen Anforderungen biologsicher Systeme Rechnung tragen können. Die Lichtblattmikroskopie (single plane illumination microscopy SPIM) eignet sich ideal für die Gesamtbildgebung lebender Proben mit hoher zeitlich und räumlicher Auflösung. In der SPIM führt die Lichtstreuung, die während der optischen Messungen in biologischen Proben auftritt, zu Einschränkungen hinsichtlich der Auflösung und des Sichtfelds in der Probe. Um diese Mängel zu beheben, kann der Beleuchtungsstrahl über ein großes Sichtfeld zu einem sehr feinen Lichtblatt modifiziert werden. Außerdem bietet die Technik des Multi-View-SPIM (M-SPIM) die Möglichkeit durch die Anwendung mehrerer Linsen in Kombination mit der mechanischen Rotation des Objekts, die Probe aus verschiedenen Positionen aufzunehmen. Wir haben in unserer Arbeitsgruppe ein neuartiges Multiview-tiling-SPIM (MT-SPIM) entwickelt, das die M-SPIM Technik mit einem ‚tiling light sheet‘ kombiniert (Abb. 3). Das MT-SPIM bietet eine hochauflösende, robuste und rotationsfreie Abbildung lebender Proben. Wir konnten zeigen, dass das MT-SPIM die axiale Auflösung gegenüber dem herkömmlichen M-SPIM um den Faktor zwei verbessert und, dass diese Verbesserung der axialen Auflösung die automatisierte Segmentierung subzellulärer Strukturen verbessert.