3D Analyse der Chitinablagerung und ECM Interaktionen während der Tracheenentwicklung bei Drosophila im Vergleich zu Parasteatoda tepidariorum, Araneae.

• Antragsteller: Dr. Bastian-Jesper Klußmann-Fricke
• Fachliche Zuordnung: Evolutionäre Zell- und Entwicklungsbiologie der Tiere
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 403531010

Das Tracheensystem der Arthropoden gilt als eine der wichtigsten Anpassungen an eine terrestrische Lebensweise, die es den Arthropoden ermöglichte das artenreichste terrestrische Taxon zu werden. Die Tracheen evolvierten sich jedoch nicht einmalig innerhalb der Arthropoden sondern mehrfach unabhängig innerhalb der Arachnida, Myriapoda und Hexapoda. Trotz ihrer unabhängigen Evolution sind die Tracheensysteme der meisten Arthropoden strukturell bemerkenswert übereinstimmend. Bei Tracheen handelt es sich um verzweigte, röhrenförmige, mit Kutikula ausgekleidete Atmungsorgane, die durch den gesamten Körper ziehen und Sauerstoff direkt zu den inneren Organen leiten. Die Kutikula der Tracheen stellt eine hoch organisierte, apikale extrazelluläre Matrix (aECM) dar, die aus mehreren horizontalen Schichten gebildet wird und aus dem Polysaccharid Chitin und einer Vielzahl von Proteinen besteht. Obwohl die Embryonalentwicklung der Tracheen bei dem Modellorganismus Drosophila melanogaster vergleichsweise gut untersucht ist, ist über diese bei anderen Arthropoden fast nichts bekannt. Daraus folgt, dass, wenn die Embryonalentwicklung der Tracheen bei anderen Taxa untersucht werden soll, eine detaillierte mechanistische Studie zu verschiedenen Aspekten der Entwicklung zunächst in Drosophila durchgeführt werden muss. Im Anschluss können derartige Studien dann auf andere tracheate Taxa ausgedehnt werden. Das Ziel des hier vorgeschlagenen Projektes ist es, zunächst die Funktion bestimmter Gene, die an der Chitinablagerung während der Tracheogenese bei Drosophila beteiligt sind, zu untersuchen. Durch die Untersuchung dieser Gene, möchte ich neue Erkenntnisse gewinnen, wie die aECM den Tracheendurchmesser sowie die Restrukturierung und Organisation der epithelialen Zellen steuert. Des Weiteren gilt es herauszufinden wie die Epithelzellen und die aECM kommunizieren und interagieren. Um die Entwicklungsprozesse der Tracheogenese besser zu verstehen, werde ich die Genexpression und die Funktion dieser Gene während der Tracheenentwicklung in Drosophila mit verschiedenen molekularen Methoden wie RNA / DNA-Extraktion, in situ Hybridisierung, RNAi und CRISPR / Cas9 in Kombination mit verschiedenen modernen 3D-Mikroskopietechniken untersuchen. Diese Techniken sind in der von mir gewählten Gast-Arbeitsgruppe von Dr. Marta Llimargas etabliert. Im Vergleich und um Studien zur Morphogenese der Tracheen in einer anderen Art als Drosophila zu beginnen, werden diese Studien auf die Spinne Parasteatoda tepidariorum ausgeweitet. Da das Tracheensystem bei Spinnen unabhängig zu Insekten evolviert wurde, wird Verständnis dieser Mechanismen nicht nur unser Wissen über die Morphogenese und die Evolution von Organsystemen im Allgemeinen, sondern auch über die evolutionären und molekularen Voraussetzungen zur Evoultion derartiger Strukturen im Speziellen, verbessern.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Spanien
• Gastgeberin: Dr. Marta Llimargas