Die Systembiochemie der polarisierten Zellformgebung

• Antragsteller: Dr. Peter Bieling
• Fachliche Zuordnung: Biochemie ; Biophysik ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 399893760

Zellen organisieren ihre Bestandteile in einer nicht zufälligen sondern räumlich-gerichteten Art und Weise, was Ihnen die Ausübung spezialisierter biologischen Funktionen ermöglicht. Zellpolarität entsteht aus komplexen Wechselwirkungen zwischen der Plasmamembran, assoziierten Proteinen und zytoplasmatischen Molekülen. In eukaryotischen Zellen, wird die Zellsymmetrie anfänglich auf der Ebene von membrangebundenen Signalmolekülen wie Phosphatidylinositol Lipiden und kleinen GTPasen der Rho Familie gebrochen. Diese ubiquitären Signaltransduktionsmodule kontrollieren synergistisch die Zellformgebung und Bewegung durch das Aktin Zytoskelett. Obwohl viele Komponenten dieser molekularen Netzwerke bereits entschlüsselt wurden, wissen wir vergleichsweise wenig über die biochemischen Mechanismen, die der Zellpolarität und Formgebung zu Grunde liegen.Anstatt Polarität und Formgebung im Kontext lebender Zellen zu studieren, möchte ich durch einen neuartigen Ansatz deren minimale Voraussetzungen und mechanistische Prinzipien durch biochemische Rekonstitution erforschen. Wenngleich diese Prozesse in Zellen äußerst komplex und stark reguliert ablaufen, hat die biologische Forschung einen Stand erreicht, welcher eine solche neue Herangehensweise nicht nur ermöglicht sondern erfordert. Insbesondere dient diese Forschung der Beantwortung zweier zentraler Fragen: (i) Wie membranassoziierte Signaltransduktionsmodule räumliche Muster durch Selbstorganisation bilden können und (ii) wie diese Muster zur Bildung unterschiedlicher Strukturen des Aktin Zytoskeletts führen. Zu diesem Zweck werde ich Multiprotein-Rekonstitutionen auf künstlichen Membranen mit moderner Fluoreszenzmikroskopie kombinieren und auch Methoden der synthetischen Biologie nutzen. Diese Arbeiten haben das Potential unser Verständnis der mechanistischen Grundlagen der Zellformgebung auf der systemischen Ebene zu erweitern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen