Charakterisierung des Insulin/FoxO-Signalweges in Stammzellen von Hydra zur Beantwortung der Frage wie Stammzellpopulationen in einem basalen Vielzeller auf externe Signale und den Stoffwechselumsatz reagieren

• Antragsteller: Professor Dr. Thomas C. G. Bosch
• Fachliche Zuordnung: Entwicklungsbiologie ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2008 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 61663077

Die Stammzellen in Hydra stellen eines der ältesten Stammzellsystem im Tierreich dar und gewähren daher Einblick in Steuerungsmechanismen, die bereits zu Beginn der Stammesgeschichte entwickelt wurden. Ein ungelöstes Rätsel ist die Tatsache, dass die Stammzellen der meisten Organismen ein begrenztes Proliferationspotential haben, während sie sich in Hydra scheinbar unbegrenzt teilen können. Die Entschlüsselung der diesem ungewöhnlichen Stammzellverhalten zugrundeliegenden zellulären und molekularen Mechanismen ist Hauptanliegen meiner Forschung. Mit dem hier beantragten Vorhaben möchte ich aufklären, wie es Hydra Stammzellen gelingt, sich in höchst kontrollierter Weise kontinuierlich zu teilen als Funktion von Stoffwechselumsatz und Umweltbedingungen. Vorläufige eigene Beobachtungen zeigen, dass der Insulinsignaltransduktionsweg dabei eine wesentliche Rolle einnimmt. Wir wissen ferner, dass dem Insulin-Zielgen FoxO eine tragende Rolle bei der Kontrolle des Stammzellverhaltens in Hydra zukommt. Unsere Arbeitshypothese ist daher, dass dem FoxO / Insulin Signalweg eine entscheidende Rolle zukommt bei der Koordination einer kontinuierlich proliferierenden Stammzellpopulation mit äußeren Wachstumsbedingungen. Zur Beantwortung der Frage, wie externe Signale und der Energiehaushalt das Stammzellverhalten beeinflußen, schlage ich zwei Forschungsansätze vor: (i) Die umfassende Charakterisierung der FoxO Zielgene in Kombination mit der Aufklärung wie Foxo auf Umweltsignale (Ernährung, Stress, Microben) reagiert und welcher Zusammenhang zwischen dem Stammzelltranskriptionsfaktor FoxO und Komponenten der angeborenen Immunität besteht; und (ii) eine umfassende Charakterisierung der bereits vorhandenen Insulinrezeptor-knockdown transgenen Linien in Kombination mit der Herstellung von Insulinrezeptor-überexprimierenden transgenen Tieren. Der Antrag zielt damit auf einen ersten Einblick in das komplexe Netzwerk an Gen-Umwelt-Interaktionen in einem uralten Vielzeller. Die funkionelle Charakterisierung dieser Interaktionen wird dazu beitragen, die Dynamik von Stammzellverhalten als Reaktion auf externe Signale und Stoffwechselumsatz besser zu verstehen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen