Entwicklungsregulation durch Ernährungsbedingte Kontrolle über körperteilabhängigen metabolische Präferenzen

• Antragsteller: Dr. Aissam Ikmi
• Fachliche Zuordnung: Entwicklungsbiologie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 567925519

Ernährungsbedingte Signale sind zentrale Regulatoren der Entwicklung von Organismen. Dennoch ist noch wenig darüber bekannt, wie sie in die metabolische Kontrolle integriert werden. Besonders das Zusammenspiel zwischen den körperteilabhängingen Brennstoff Präferenzen und Entwicklungsprozessen stellt eine Wissenslücke dar. In Bilateria wie Maus, Zebrafisch und Drosophila weisen verschiedene Gewebe unterschiedliche Stoffwechselprogramme auf: Manche bleiben flexibel und passen sich der Nahrungsverfügbarkeit an, während andere auf bestimmte Energieträger angewiesen sind. So kann die Leber je nach Verfügbarkeit zwischen Glukose und Fett wechseln, während das Herz hauptsächlich Fettsäuren nutzt und das Gehirn primär auf Glykolyse angewiesen ist. Während metabolische Flexibilität eine Anpassung an wechselnde Nahrungsquellen ermöglicht, führen eingeschränkte Stoffwechselprogramme oft zu zusätzlichen Kosten. Ihr Fortbestehen wirft daher grundlegende Fragen zu ihren evolutionären Ursprüngen und ihrer Funktion auf. Dieses Projekt untersucht, wie ein eingeschränktes metabolisches Programm die Tentakelentwicklung im Nesseltier Nematostella vectensis steuert. Dadurch trägt es dazu bei, die Evolution und die Funktion metabolischer Spezialisierung besser zu verstehen. Unsere vorläufigen Ergebnisse zeigen, dass die Tentakel von Nematostella ein eingeschränktesmetabolisches Programm haben und die Fettsäureoxidation (FSO) als primäre Energiequelle bevorzugen – unabhängig der Nährstoffverfügbarkeit. Interessanterweise führt die Hemmung der FSO zu Entwicklungsstörungen der Tentakel, ohne das gesamte Körperwachstum zu beeinträchtigen, was die Abhängigkeit der Tentakelentwicklung von dieser Energiequelle zeigt. Unser Projekt verfolgt drei Ziele: (1) Nachweis der körperteilabhängigen Stoffwechselprogramme in Nematostella durch Transkriptomik, Metabolomik und Flussanalyse. Dadurch erstellen wir einen detaillierten Stoffwechselatlas, der glykolytische von FSO-dominierten Regionen unterscheidet. (2) Untersuchung der umgehenden Rolle der FSO in der Tentakelentwicklung. Es werden die Auswirkungen der FSO-Hemmung auf die Initiierung der Tentakelbildung sowie die Beteiligung Energiesignalwege wie AMPK und mTOR analysiert. Zusätzlich wird geprüft, ob eine gezielte Erhöhung des glykolytischen Flusses die durch FSO-Hemmung verursachten Entwicklungsstörungen kompensieren kann. (3) Erforschung der langfristigen Rolle der Fettspeicherung als entwicklungssteuernder Mechanismus. Durch gezielte Gen-Knockdowns (z. B. perilipin) wird der Zusammenhang zwischen Fettreserven und der Initiierung der Tentakelentwicklung analysiert. Zudem wird geprüft, inwiefern das fettpräferierende Stoffwechselprogramm die Strenge dieser Kopplung reguliert. Durch die Untersuchung eines basalen Metazoen mit einer einfachen Körperstruktur schließen wir zentrale Lücken im Verständnis des Zusammenspiels von Stoffwechsel und Entwicklung und beleuchten den evolutionären Ursprung metabolischer Spezialisierung.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen