Die Arbeitsgruppe befaßt sich mit der Entwicklung des Nervensystems.
Das Zentrale Nervensystem (ZNS) geht hervor aus einem einschichtigen Verband gleichförmiger ektodermaler Zellen (Neuroektoderm), der sich im Verlauf der embryonalen Entwicklung zu einer großen Zahl verschiedener neuronaler und glialer Zelltypen differenziert. Diese müssen bestimmte räumliche Positionen einnehmen, um mittels spezifischer Interaktionen ein komplexes Netzwerk funktioneller Kontakte knüpfen zu können. Ein zentrales Problem der Neuro-Entwicklungsbiologie ist die Frage nach den Mechanismen, die zur Spezifizierung und Differenzierung dieser erstaunlichen Vielfalt an Zelltypen im ZNS führen.

Modellsystem Drosophila

Seit über 100 Jahren ist die Fruchtfliege Drosophila Objekt genetischer Analyse. Entsprechend groß ist die Palette verfügbarer Daten, Materialien und Serviceeinrichtungen (Mutanten, molekulare Proben, transformante Stämme, Stock Centers, Datenbanken, etc.). Das Genom von Drosophila ist vollständig sequenziert. In den letzten Jahren sind für einige "Modellorganismen" wie Drosophila viele der an Entwicklungs- und Differenzierungsprozessen beteiligten Gene identifiziert und in ihrer Funktion analysiert worden. Aufgrund eines erstaunlich hohen Maßes an Konservierung konnte eine Vielzahl entsprechender Faktoren auch in anderen Organismen, einschließlich der Vertebraten isoliert sowie in ihrer Funktion untersucht und verglichen werden. Die aus diesem Forschungsobjekt gewonnenen Kenntnisse sind somit nicht nur relevant für ein generelles Verständnis entwicklungsbiologischer Prozesse und ihrer Evolution sondern auch von praktischer Bedeutung für die biomedizinische Grundlagenforschung. Mehr als die Hälfte der bekannten menschlichen Gene, die in mutierter Form Krankheiten verursachen, sind im Drosophila-Genom konserviert.

Embryonale Entwicklung des Zentralen Nervensytems von Drosophila

Das ZNS von Drosophila umfaßt das Gehirn sowie im Rumpfbereich das aus 3 thorakalen und 8 abdominalen Neuromeren (segmentalen Einheiten) fusionierte ventrale Nevensystem (Bauchmark). Das Gehirn geht aus der neurogenen Region des Kopfektoderms (procephale neurogene Region) hervor, das Bauchmark aus der neurogenen Region des Rumpfektoderms (ventrale neurogene Region). Aus jeder dieser neurogenen Regionen delaminiert nach der Gastrulation eine Population neuraler Stammzellen (Neuroblasten) in einem definierten räumlichen und zeitlichen Muster. Jeder Neuroblast produziert eine bestimmte Zahl an Tochterzellen, die sich zu definierten Zelltypen differenzieren (Zellstammbaum).
Während der molekulare Mechanismus der Entstehung der Neuroblasten aus dem Neuroektoderm bereits recht gut verstanden ist, ist noch weitgehend unklar, auf welche Weise die einzelnen Neuroblasten und ihre jeweiligen Tochterzellen eine individuelle Identität erhalten (Spezifizierung) und ausprägen (Differenzierung). Ferner sind Mechanismen der Ausprägung segment-spezifischer Abwandlungen (Musterbildung) einander entsprechender (sog. seriell homologer) Zellstammbäume noch nicht verstanden.
Die Forschungsprojekte der Arbeitsgruppe sind darauf gerichtet, zur Klärung dieser Vorgänge beizutragen.


Untersuchungsmethoden

Ein tiefgreifendes Verständnis von Entwicklungsprozessen erfordert gleichermaßen die Erfassung der sich verändernden Strukturen (Zellen, Gewebe), die Identifizierung der beteiligten genetischen und molekularen Faktoren und die Klärung des funktionellen Zusammenhanges zwischen diesen Faktoren und den strukturellen Veränderungen. Die Fruchtfliege Drosophila bietet für eine solche kombinierte Analyse auf der zellulären, genetischen und molekularen Untersuchungsebene ideale Voraussetzungen. Um diese nutzen zu können, kommt in unseren Projekten eine große Vielfalt methodischer Ansätze zum Einsatz. Hierzu gehören Mikromanipulationstechniken (Zelltransplantationen, Einzelzellmarkierungen), molekulargenetische Techniken (Klonierungstechniken, Keimbahntransformation, PCR, Microarrays, Enhancer-trap, in situ Hybridisierung, ektopische Genexpression), Kreuzungsgenetik, Mutagenesen, Mosaikanalysen, Primärkultur, Patch-clamp Technik, Immunhistochemie, sowie verschiedene Verfahren der Bildanalyse und Dokumentation (Licht- und Elektronenmikroskopie, Laser Scanning Mikroskopie, 3D Rekonstruktion, 4D-Mikroskopie).

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