Viskoelastische Dynamik des Zellkortex

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Sebastian Aland; Professorin Dr. Elisabeth Fischer-Friedrich
• Fachliche Zuordnung: Mathematik ; Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 417223351

Der Kortex ist somit ein wichtiger Regulator der Zellform und von entscheidender Bedeutung für die Zellfunktion, beispielsweise während der Zellteilung. Um Musterbildungsprozesse im Kortex zu verstehen, sind neuartigemathematische und biophysikalische Ansätze nötig, die in der ersten Förderperiode entwickelt wurden: (i) eine Kombination aus experimentellen Messungen und Simulationen, um rheologische Eigenschaften des Zellkortex zu extrahieren, (ii) eine Beobachter-unabhängige numerische Methode zur Simulation einer sich verformenden viskoelastischen Oberfläche und (iii) eine numerische Methode zur Beschreibung der nichtlinearen Dynamik von aktiven viskosen Oberflächen. Ziel des vorgeschlagenen Projekts ist es, die entwickelten Methoden zu kombinieren, um die Mechanismen der Musterbildung und Strömungserzeugung im aktiven viskoelastischen Kortex zu untersuchen. Zu diesem Zweck werden wir in enger Zusammenarbeit numerische Simulationen und experimentelle Messungen durchführen. Eine robuste Zeitdiskretisierung wird dreidimensionale Simulationen der kortikalen Selbstorganisation ermöglichen, die mit experimentellen Ergebnissen von mitotischen menschlichen Zellen abgeglichen werden können. Aus numerischer Sicht werden wir den Einfluss der Kortex-Rheologie und die Rolle der chiralen Oberflächenströmungen charakterisieren. Aus experimenteller Sicht wird die Variation der kortikalen Kontraktilität und Viskosität ermöglichen, deren Einfluss während der mechanochemischen Musterbildung zu bewerten. In einer engen Kombination aus numerischen Simulationen, analytischen Ansätzen und experimentellen Ergebnissen werden wir schrittweise die Selbstorganisation des Kortex erforschen und so ein besseres Verständnis dafür erlangen, wie Zellen Kräfte auf ihre Umgebung ausüben und ihre Form regulieren.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 3013: Vector- and Tensor-Valued Surface PDEs