Virtueller Flachwurm: Logische und molekulare Kontrollmechanismen der Regeneration

Das Phänomen Regeneration ist von großem medizinischen Interesse, jedoch sind die Regenerationsfähigkeiten von menschlichem Gewebe begrenzt. Deren medizinische Nutzbarmachung erfordert ein bisher fehlendes Verständnis von grundsätzlichen Schritten des Regenerationsprozesses.
Das Projekt erforscht drei bisher kaum verstandene Phasen der Regeneration im Tierreich: 1) Gewebe-Polarität als notwendige Voraussetzung zur Wundinterpretation, 2) Spezifizierung der Wundblastem Identität und 3) Integration von neuem und altem Gewebe (Neujustierung der Positions-Identität).

Komplette Planarien (Flachwürmer) regenerieren innerhalb von 1-2 Wochen selbst aus winzigen Gewebestücken und sind daher ein hervorragendes Modell für grundlegende Fragen der Regeneration. Die systematische Umsetzung des Systembiologischen Ansatzes, der quantitative mathematischer Analyse in enger Verbindung mit Experimenten kombiniert, verspricht Einsichten in Mechanismen der Regeneration, die mittelfristig auch für medizinische Anwendungen relevant werden könnten. Darunter fällt einerseits ein genaues Verständnis der Signaltransduktionswege, welche die verschiedenen Stufen der Regeneration in Planarien kontrollieren. Vergleiche mit regenerierenden Vertebraten Modellen (Fisch, Lurch) und nichtregenerierenden Modellen (Maus) werden zeigen, inwieweit diese Mechanismen evolutionär konserviert sind. Des weiteren sollen die aus dem systembiologischen Ansatz erwachsenden Einsichten in die selbstorganisierenden Eigenschaften von Planarien als Paradebeispiel der Systembiologie in Form des Webportals “Virtual Planarian” an der TU Dresden öffentlich zugänglich gemacht werden.

Partner

Max- Planck-Institut für Molekulare Zellbiologie und Genetik

ZIH-Kontakt

Dr. Lutz Brusch

Laufzeit

01/2013 - 12/2015

Förderung

BMBF

Publikationen

J. Starruß, W. de Back, L. Brusch, A. Deutsch. Morpheus: a user-friendly modeling environment for multiscale and multicellular systems biology. Bioinformatics, 2014. [Link]
O. Chara, E. M. Tanaka, L. Brusch. Mathematical modeling of regenerative processes. Curr. Top. Dev. Biol., 108, 283-317, 2014. [Link]
K. Roensch, A. Tazaki, O. Chara, E.M. Tanaka. Progressive specification rather than intercalation of segments during limb regeneration. Science , 342, 6164, 1375-9, 2013. [Link]
M. Kücken, J. Soriano, P. A. Pullarkat, A. Ott, E. M. Nicola. An osmoregulatory basis for shape oscillations in regenerating Hydra. Biophys J, 95, 978-985, 2008. [Link]