Die Faltung von Epithelgewebe als morphogenetisches Werkzeug

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. Natalie Dye; Dr. Marko Popovic
• Fachliche Zuordnung: Biophysik ; Entwicklungsbiologie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 544201605

Wie tierische Gewebe zu ihrer finalen Form heranwachsen, ist nach wie vor eine grundlegende Frage in der Biologie. Obwohl viel über die wachstumsregulierenden Signalwege bekannt ist, ist die Mechanik, die an der Formung des Gewebes während des Wachstums beteiligt ist, weitgehend unerforscht. Dieses Projekt untersucht den Mechanismus, durch den aktiv erzeugte mechanische Spannungen ein wachsendes Epithelgewebe formen. Konkret wollen wir die Faltung von Epithelgewebe als morphogenetisches Werkzeug untersuchen. Wir glauben, dass eine Falte als aktive Gewebegrenze dienen kann, die die Richtung und den Umbau des umgebenden Gewebes beeinflusst und, dass eine Falte Gewebematerial und mechanischen Stress speichern kann, um diese zu einem späteren Zeitpunkt in einer vorstrukturierten Weise einzusetzen. Eine solche partielle Gewebefaltung würde einen neuartigen morphogenetischen Mechanismus darstellen, bei dem die Ausrichtung von Gewebewachstum und -umbau durch Faltung an der Grenze organisiert wird. Wir verwenden den sich entwickelnden Fruchtfliegenflügel als Modell, das während der Larvenstadien der Fliege wächst, bevor es in den Puppenstadien weiter umgebaut wird. Während des Wachstums bildet das Flügelgewebe tiefe Falten, die mit der Ausrichtung des anisotropen Wachstums in dem von den Falten umgebenen Bereich übereinstimmen. Diese entfalten sich im Anschluss während sich das Gewebe zu einem zweischichtigen Epithel umformt. Obwohl die anfängliche Faltenbildung untersucht wurde, bleibt unklar, welcher physikalische Mechanismus dem stabilen Wachstum der Falten zugrunde liegt und was ihre Morphologie bestimmt. Außerdem ist nicht bekannt, ob die Falten aktiv am umgebenden Gewebe ziehen oder ob die Vertiefung der Falten eine Folge der Aktivität im umgebenden Gewebe ist.Um dieses Phänomen zu untersuchen, haben wir ein Programm entwickelt, welches experimentelle sowie theoretische Ansätze umfasst. Wir werden moderne Mikroskopie-Methoden einsetzen, um 3D-Rekonstruktionen des sich entwickelnden Flügelgewebes zu erstellen und die Faltengeometrie quantitativ zu analysieren. Parallel dazu werden wir ein Modell zur Gewebefaltung entwickeln, um Faltengeometrie und Gewebeeigenschaften in Verbindung zu bringen. Anschließend werden wir durch genetische Veränderungen ektopische Falten erzeugen, um unsere Modelle zu testen. Im zweiten Teil werden wir das bidirektionale mechanische Zusammenspiel zwischen Falten und Gewebe untersuchen. Wir werden den Gewebefluss um die Falten herum untersuchen und prüfen, ob eine ektopische Faltung ausreicht, um das Wachstum der Umgebung neu auszurichten. Wir planen Kontinuumsmodelle des Gewebeflusses nahe der Falten, sowie numerische Simulationen der Gesamtmechanik des Falten-Gewebe-Systems zu entwickeln, die Vorhersagen der Gewebe- und Falteigenschaften ermöglichen. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass dieses Projekt einen interdisziplinären Ansatz verfolgt, um die transiente Gewebefaltung als morphogenetisches Werkzeug zu untersuchen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen