Wie aus 2D-Gewebe ein 3D-Fliegenflügel wird
Umstülpung. Blau hervorgehoben ist der Bereich, der sich von einer Kuppel in eine gekrümmte Falte
durch formprogrammiertes Zellverhalten verwandelt. Die gestrichelten und gepunkteten Linien
zeigen die Hauptachsen, die zur Analyse dieser morphologischen Veränderungen verwendet wurden.
Abb. aus: Fuhrmann u.a.: Science Advances 2024, MPI-CBG
Interdisziplinäre Forschungen in Dresden
Dresden, 10. August 2024. Wie entstehen aus einer bloßen organischen Molekülsuppe erst Zellen und dann komplexe 3D-Strukturen wie Flügel, Herzen oder Gehirne, aus denen Tiere und Menschen bestehen? In groben Zügen ist das zwar altbekannt, doch welche physikalischen, chemischen und informationstechnologischen Prozesse eigentlich genau von A bis Z dabei ablaufen, ist immer noch nur in Teilen erforscht.
Einen wichtigen Teilmechanismus haben nun Dresdner Systembiologen, Physiker und Zellbiologen gemeinsam entschlüsselt: Der nämlich programmiert zweidimensionale Zellverbünde in einer Fruchtfliege (Drosophila) so, dass sie eine dreidimensionale Form annehmen und zu einer Flügelscheibentasche werden. Das haben nun die beteiligten Forschungseinrichtungen mitgeteilt: das Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik (MPI-CBG), das Exzellenzzentrum „Physik des Lebens“ (PoL) an der TU Dresden und das Zentrum für Systembiologie Dresden (CSBD).
Innere Spannung stülpen Gewebe um
„Wir haben herausgefunden, dass innere Spannungen, die durch aktives Zellverhalten hervorgerufen werden, die Flügelscheibentasche von Drosophila während der Umstülpung formen“, erklären die Forschungsgruppen-Leiter Natalie Dye und Carl Modes. „Unsere Arbeit deutet darauf hin, dass frühe mechanische Signale dazu beitragen, das Verhalten der Zellen zu steuern, was später zu Veränderungen der Gewebeform führt.“ Und Postdoktorandin Jana Fuhrmann ergänzt: „Mithilfe eines physikalischen Modells konnten wir zeigen, dass kollektives, programmiertes Zellverhalten ausreicht, um die Formveränderungen in der Flügelscheibentasche zu bewirken. Externe Kräfte aus dem umgebenden Gewebe sind also nicht erforderlich, und die Umgruppierung der Zellen im Gewebe ist die Hauptursache für die Formveränderung.“
Konkret hatten die beteiligten Forschungsgruppen untersucht, wie die Flügelscheibentasche einer Fliege von einer flachen Kuppelform in eine gekrümmte Falte übergeht und sich später in den Flügel einer erwachsenen Fliege weiterentwickelt. Dabei zeigte sich, dass programmierte Bewegungen und Neuanordnungen von Zellen und daraus entstehende innere Spannungen eine Schlüsselrolle bei der Formung des Gewebes spielen.
Quelle: MPI-CBG
Wissenschaftliche Publikation:
„Active shape programming drives Drosophila wing disc eversion“ von Jana F. Fuhrmann, Abhijeet Krishna, Joris Paijmans, Charlie Duclut, Greta Cwikla, Suzanne Eaton, Marko Popović, Frank Jülicher, Carl D. Modes und Natalie A. Dye, in: „Science Advances“, 9. August 2024, Fundstelle im Netz: DOI 10.1126/sciadv.adp0860
Ihre Unterstützung für Oiger.de!
Ohne hinreichende Finanzierung ist unabhängiger Journalismus nach professionellen Maßstäben nicht dauerhaft möglich. Bitte unterstützen Sie daher unsere Arbeit! Wenn Sie helfen wollen, Oiger.de aufrecht zu erhalten, senden Sie Ihren Beitrag mit dem Betreff „freiwilliges Honorar“ via Paypal an:
Vielen Dank!
