Molekulare und strukturelle Lungenentwicklung im Modellorganismus Monodelphis domestica (Marsupialia, Mammalia)

• Antragstellerin: Dr. Kirsten Ferner
• Fachliche Zuordnung: Evolutionäre Zell- und Entwicklungsbiologie der Tiere
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 423870628

Die Evolution des respiratorischen Apparates innerhalb der Landwirbeltiere hat zu strukturell unterschiedlichen Lungen geführt. Dennoch belegen viele Gemeinsamkeiten die gemeinsame phylogenetische Abstammung. Ein Vergleich der Lungenentwicklung bei Mammalia und Sauropsida könnte klären, in wie weit Mechanismen der Lungenentwicklung innerhalb der Vertebraten erhalten geblieben sind. In dem vorliegenden Forschungsprojekt wird die Lungenentwicklung bei dem basalen Säugetier, Monodelphis domestica (Marsupialia), untersucht. Ziel ist es, die strukturellen Veränderungen während der Lungenentwicklung mit den molekularen Prozessen, die diesen Transformationen zu Grunde liegen, in Beziehung zu setzen. Der Neonat von Monodelphis domestica entspricht dem vermuteten gemeinsamen Vorfahren der Säugetiere und verkörpert damit den Grundplan der Säugetiere. Damit stellt Monodelphis ein Modell dar, um den Prozess der Lungenentwicklung aus evolutionärer Sicht zu untersuchen. Die wichtigste Funktion der Säugetierlunge ist es den Gasaustausch zu gewährleisten. Zu diesem Zweck besteht die Lunge aus zwei verzweigten Systemen, den Luftwegen und dem Blutgefäßsystem, welche sich zeitgleich von der Lungenknospe zur alveolären Lunge entwickeln. Die Prozesse der Lungenreifung und die molekularen Mechanismen, die während der Lungenentwicklung von Bedeutung sind, wurden vor allem bei traditionellen plazentalen Modellorganismen untersucht. Um Aussagen über die Lungenentwicklung im Grundplan der Säugetiere machen zu können, ist die Untersuchung basaler Säugetiere, wie Monodelphis, unerlässlich. Zudem erschwert die intrauterin verlaufende Lungenentwicklung beim plazentalen Fetus die Erforschung der strukturellen Voraussetzungen für eine funktionierende Lunge. In dieser Hinsicht eignen sich Beuteltiere besonders zur Untersuchung der Lungenentwicklung, da bei ihnen die Lungenreifung zeitlich verschoben in der postnatalen Phase erfolgt. Eine bereits bestehende Tierzucht von Monodelphis domestica liefert die erforderlichen Ontogenesestadien für die angestrebten Untersuchungen. Die Kombination von histologischen, ultrastrukturellen (TEM, REM) und Mikro-CT (3-D Rekonstruktion) Methoden ermöglicht die morphologische und morphometrische Beschreibung der Lungenentwicklung. Die zeitliche und räumliche Expression von 11 Kandidatengenen wird mithilfe der In situ Hypridisierungsmethode (ISH) auf histologischen Serienschnitten untersucht. Das geplante Projekt zieht einen Vergleich zu etablierten plazentalen Modellen der Lungenentwicklung (Ratte, Maus) und untersucht ob die gleichen genregulatorischen Prozesse bei der basalen Säugetierart (Monodelphis) nachzuweisen sind oder ob es zeitliche und lokale Veränderungen der Genexpression gibt, die im Zusammenhang mit der frühen Lungenfunktion stehen. Ziel des Projektes ist es Faktoren für die Lungenreifung von Monodelphis zu identifizieren und daraus Rückschlüsse auf das ursprüngliche evolutionäre Muster der Lungenentwicklung zu ziehen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen