Dynamik der multizellulären Signalgebung

Die Forschungsgruppe Dynamik der multizellulären Signalgebung unter Leitung von  Dr. Lena Tveriakhina erforscht die dynamischen Eigenschaften von Zell-Signalwegen und wie diese verschiedene Zellschicksale bei der Entstehung und Aufrechterhaltung von multizellulären Organismen regulieren.

Signalwege sind Kommunikationssysteme, die es Zellen ermöglichen, miteinander und mit ihrer Umgebung zu „sprechen“. Dadurch steuern sie wichtige Entscheidungen darüber, welche Aufgaben eine Zelle übernimmt, wie sie sich entwickelt und wie Gewebe im Körper erhalten und erneuert werden. Außerdem regulieren sie den Stoffwechsel und lösen Immunreaktionen aus. Weil diese Prozesse so wichtig sind, müssen Signalwege sowohl räumlich als auch zeitlich sehr genau kontrolliert werden. Wenn diese Regulation gestört ist, kann das zu erblichen, Stoffwechsel- oder Autoimmunerkrankungen führen – oder auch zu Krebs.

In unserer Forschung beschäftigen wir uns mit einem wichtigen und stark konservierten Signalweg – dem Notch Signalweg. Dieser wird aktiviert, wenn Liganden auf der Oberfläche einer Zelle an Notch Rezeptoren auf einer benachbarten Zelle binden. Dadurch wird eine Kaskade von Reaktionen ausgelöst, die schließlich ein aktives Notch Signalmolekül (NICD) freisetzt. Dieses wandert in den Zellkern wo es gezielt Gene anschaltet. So sorgt der Notch Signalweg für eine schnelle und präzise Antwort der Zelle. Je nach Gewebe und Situation kann dieser bewirken, dass sich Zellen teilen, spezialisieren, absterben oder wandern.

Wir möchten verstehen, wie der Notch Signalweg diese verschiedenen und komplexen Entscheidungen steuert. Dafür untersuchen wir seine Aktivität in einzelnen Zellen und in sogenannten Organoiden – kleinen, aus menschlichen Stammzellen gezüchteten Mini-Organen. Mithilfe modernster Methoden, wie hochauflösender Mikroskopie, Geneditierung und verschiedener molekularbiologischer Analysen beobachten und verfolgen wir Notch Signale von der Zelloberfläche bis zum Zellkern. Auf diese Weise wollen wir herausfinden, was diesen Signalweg sowohl präzise als auch anpassungsfähig macht.

Wir kombinieren verschiedene moderne Techniken – darunter Lebendzellmikroskopie, Elektronenmikroskopie, Geneditierung, Proteomik, Lipidomik und Transkriptomik – um ein umfassendes Bild davon zu gewinnen, wie die Notch Signalgebung auf der molekularen und zellulären Ebene funktioniert. Dieses Wissen wird uns helfen zu verstehen, wie Zellentscheidungen reguliert werden und was geschieht, wenn Zell-Kommunikationssysteme bei Krankheiten gestört sind.

Kreisförmige Fotos: © FG Dynamik der multizellulären Signalwege