Fachbereich 13 - Biologie
Institut für Zoophysiologie
Zoophysiologie (Prof. Dr. R. J. Paul)

Physiologische Genomik des Darmepithels von Caenorhabditis elegans

Der bodenbewohnende Nematode und Modellorganismus Caenorhabditis elegans eröffnet die Möglichkeit, physiologische Funktionen auf den genetischen Hintergrund zu beziehen / zurückzuführen mit genetischer Information zu verbinden. Wir hatten unsere Forschungsarbeit an diesem Tier mit Untersuchungen zu Stoffwechselprozessen (Anaerobiose und metabolische Anpassung an Umweltveränderungen) begonnen. Seit einiger Zeit haben wir die Funktionsweise des Darmepithels als weiteres Forschungsthema aufgenommen. Der Darm besteht aus nur 20 Zellen, die ein röhrenartiges einschichtiges Epithel ausbilden. Die in Ringen, bestehend aus 2 bzw. 4 Zellen, organisierten Darmzellen sind über spezielle Zell-Zell-Kontakte miteinander verbunden. Soweit es Entwicklung und allgemeine Morphologie betrifft, ist der Darm gut charakterisiert, jedoch ist dessen Physiologie bisher nur wenig verstanden. Als methodischen Ansatz kombinieren wir "RNA interference" – Techniken ("RNAi") zur "Ausschaltung" der Expression spezifischer Proteine und molekulare, strukturelle und funktionelle Phänotypanalysen, um so die physiologischen Funktionen der verschiedenen Teile des Darmes zu untersuchen. Mit Hilfe dieser Methodenkombination hoffen wir, genetische Information mit der spezifischen Funktion von Proteinen, Zellen und dem gesamten Organ in Verbindung bringen zu können.

Zur Zeit konzentrieren wir uns auf die strukturelle und funktionelle Differenzierung der verschiedenen Darmabschnitte oder Darmzellen. (die es ihnen erlaubt, das gesamte Spektrum der Darmfunktionen wie z.B. Sekretion, Verdauung und Resorption zu erfüllen.) Im Wildtyp und in RNAi-Würmern werden verschiedene Zellorganellen durch spezifische Färbung der Darmzellen optisch dargestellt und ihre Eigenschaften (Lage, Zahl oder Größe) mit Hilfe digitaler Bildverarbeitung quantitativ analysiert. Auf diese Art wird die strukturelle Differenzierung des Darmes und die Konsequenzen des Transkripten "Ausschaltens" von Proteinen studiert. Die bestimmte Darmfunktionen wie Sekretion, Verdauung und Resorbtion gewehrleisten. Die funktionelle Differenzierung wird im Wildtyp und in RNAi-Würmern z.B. durch Verwendung fluoreszierender Substratmoleküle für den transepithelialen Transport untersucht. Der Bestand an mRNAs für Membrantransportproteine wird mit Hilfe von "single-cell RT-PCR" erfaßt. Expression und spezifische Lage wesentlicher Membrantransportproteine (z.B. Carrier und Pumpen) werden unter Verwendung transgener Würmer, die GFP-Fusionsproteine (GFP: Grünfluoreszierendes Protein) exprimieren, analysiert.

Die Strategie der nahen Zukunft wird es sein, unser methodisches Repertoire zur molekularen, strukturellen und physiologischen Analyse von Phänotypeigenschaften Schritt um Schritt zu erweitern, und durch den Vergleich von Wildtyp und RNAi-Phänotyp, die Gen- und Proteinfunktionen mit dem Hauptaugenmerk auf epitheliale Transportprozesse zu untersuchen.

Kernthemen:

• Anwendung von RNA interference und weiteren molekularen, histologischen und physiologischen Methoden
• Gen-Phänotyp-Beziehungen im Darm von Caenorhabditis elegans auf molekularer, struktureller und funktioneller Ebene
• Strukturelle und funktionelle Differenzierung des C. elegans Darmes

Beteiligte Wissenschaftler:

Prof. Dr. Rüdiger Jörg Paul, Dipl. Biol. Jörg Hartmann, Dipl. Biol. Frank Nunes, Dipl. Biol. Marc Wolf