Analyse der molekularen Architektur von Adhärenzverbindungen während des Dorsalschlusses durch Kryo-Elektronentomographie und Volumen-Elektronenmikroskopie

• Antragsteller: Professor Dr. Achilleas Frangakis
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie ; Biophysik
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 571751810

In diesem Forschungsvorhaben wollen wir die generelle Organisation und die molekulare Architektur von Adhärenzverbindungen während des Dorsalschluss mit Hilfe von Volumenelektronenmikroskopie und Kryo-Elektronenmikroskopie untersuchen. Wir haben uns für den Dorsalschluss (engl. dorsal closure, DC) bei Drosophila melanogaster entschieden, da es sich dabei um ein herausragendes System handelt, bei dem die Entwicklung der räumlichen Dimension in der zeitlichen Dimension vorhanden ist. Dadurch entsteht ein einzigartiges vierdimensionales (4D) System, das mit den sonst statischen Techniken der Raster- und Transmissionselektronenmikroskopie analysiert werden kann. So ist es möglich, den Auf- und Umbau von Adhärenzverbindungen in 4D zu untersuchen. Weitere Gründe für die Wahl dieses Systems sind: (i) Zelluläre Grenzflächen, wie z. B. Adhärenzverbindungen, bilden sich robust aus, um starken mechanischen Kräften standzuhalten. In Zellkulturen, in denen sie bisher untersucht wurden, entwickeln sie sich hingegen nicht vollständig, was zu einer unzureichenden Qualität bei der Untersuchung dieser wichtigen Gewebeverbindungen führt. Während der DC bilden sich lange und stabile AJs, die sich gut mit der Kryo-Elektronentomographie untersuchen lassen, was zu einem erwarteten Subtomogramm-Mittelwert mit einer Auflösung von mehr als 10 Å führt. (ii) Der DC ist ein Schlüsselprozess in der Embryonalentwicklung, bei dem zwei seitliche Epithelblätter den Embryo verschließen. Technisch gesehen ermöglicht dieser Prozess die 4D-Elektronenmikroskopie, mit der sich die Interaktion zwischen dem Zytoskelett und den Adhärenzverbindungen beobachten lässt. Dies ist entscheidend für das Verständnis der Entwicklungsvorgänge. (iii) Erstmals ermöglicht die Technologie des fokussierten Ionenstrahlfräsens unter Kryobedingungen die Untersuchung eines solchen Ereignisses. In den Bereichen Bildgebung (Licht- und Elektronenmikroskopie), Biophysik, Kraftmessungen und Genetik liegen bereits zahlreiche vorläufige Daten (von unserer Gruppe und anderen) vor. Diese Daten werden den Erfolg des Projekts leiten und unterstützen und unsere Erkenntnisse über die Entwicklungs- und Strukturbiologie erweitern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen