Ich bin auch froh, dass ich da bin. Ich glaube auch, dass ich mit Esther viel zusammenarbeiten werde und kann.
Und ich habe den Lehrstuf für Entwicklungsbiologie als Nachfolge von Manfred.
Und was wir beibehalten ist, wir bleiben im Mesoderm.
Nicht ganz im Muskel, aber Blutgefäße sind auch ein Derivat vom Mesoderm oder zumindest die inneren Zellen des Blutgefäßes, das Endothel.
Eine zentrale Frage der Entwicklungsbiologie ist ja grundsätzlich, wie wir aus einzelnen Zellen so einen vollen Organismus machen können.
Und weil es zu kompliziert wird und gar nicht jeder alles erforschen kann, gehen wir dann weiter und gucken, wie wir aus Vorlaufferzellen eines Organs ein Organ machen können.
Und meiner Arbeitsgruppe guckt sich diese Frage im Bereich der Blutgefäße an und wie wir Blutgefäße bilden können.
Das hier ist eine 3 Tage alte Zebrafischlarve, die schon schön illustriert, dass wir im Zebrafisch unheimlich viel mit Bildgebung machen.
Diese Zebrafischlarve ist Transgen für zwei verschiedene Transgene, das heißt sie exprimiert GFP in allen Blutgefäßen.
Sie sehen hier die Dorsalaorter, zurück kommen die Kardinalvene, Kopf- und Kopfblutgefäße.
Und Sie sehen das zweite Transgen, das explimiert ein rotes Fluoreszen des Protein in allen roten Blutkörperchen.
Und dann können Sie wirklich schön im lebenden Embryo nachverfolgen, wo jedes einzelne Blutkörperchen hinwandert und wie es durch die Blutgefäße fließt.
Das heißt, wir können wirklich im lebenden Embryo viele Prozesse einfach durch Bildgebung analysieren und das ist genau das, was wir machen.
Warum interessieren wir uns für Blutgefäße? Sie kennen das alles. Sie schneiden sich in den Finger und zum großen Glück fällt der Finger nicht ab.
Es hört auch nicht auf, die Spitze des Fingers mit Blut zu versorgen, sondern stattdessen heilt die Wunde.
Sie kriegen zusammenziehen, aber auch wenn Sie Blutgefäße durchtrennt haben, was Sie haben, wenn es blutet, kriegen Sie trotzdem wieder eine Versorgung von der Fingerkuppe hin.
Für Sie und uns essentiell. Das heißt aber, dass die Blutgefäße als einen der wenigen Organe im Menschen eine unglaubliche Fähigkeit haben.
Das heißt, die behalten die Fähigkeit zu wachsen und zu regenerieren.
Ihre Leber wächst mit den Aufgaben, aber so richtig neu bilden können Sie die nicht. Blutgefäße können Sie immer wieder wachsen lassen.
Das heißt auch, dass dieser Prozess im Umkehrschluss unglaublich streng reguliert sein muss.
Ich habe Ihnen hier die Todesursachen vor Corona in Deutschland mitgebracht.
Sie sehen, dass ungefähr 40 Prozent der Todesfälle im Jahr 2015 Krankheiten des Herz-Kreislauf-Systems waren und die anderen 25 Prozent Krebs.
Was haben die beiden gemeinsam? Ein Krebs an sich, ein metastasierendes Tumorgewebe bringt sie noch nicht gleich um.
Was sie in der Regel umbringt, sind die Metastasen, die sich im ganzen Körper verteilen und da Ungarnfunktionen stören.
Diese Metastasen kommen dadurch, dass Zellen über das Blutgefäßsystem wandern und an andere Bereiche des Körpers gelangen.
Das heißt, diese beiden Krankheiten sind miteinander verbunden.
Deswegen möchte ich noch einmal zurückkommen auf das, warum es so wichtig ist, dass es eng reguliert ist.
Bei den Blutgefäßen haben wir eine ganz starke Assoziation mit verschiedenen Krankheitsbildern.
Ich habe gesagt, Krebs, entweder wachsen die Zellen und müssen ihre Versorgung mit Sauerstoff und Nährstoffen herstellen.
Sie benutzen körper-eigene Systeme, um Blutgefäße zum Wachsen anzuregen, um sich selber mit Sauerstoff zu versorgen.
Oder sie benutzen die Blutgefäße, um zu metastasieren und zu wandern.
Es gibt noch andere Krankheitsbilder, zum Beispiel, wenn sie Diabetes haben.
Wenn sie Diabetes haben, ist ihr Zuckerstoffwechsel gestört.
Je nachdem, wie gut sie eingestellt sind, führt dieser gestörte Zupferstoffwechsel dazu,
dass in ihrem Auge ein Wachstumsfaktor für Blutgefäße freigesetzt wird.
Das führt dazu, dass Blutgefäße in die Retina einwachsen.
Diese Blutgefäße sind nicht perfekt.
Sie platzen zwischendurch, lassen zwischendurch Blut raus, sind sozusagen leaky.
Über diese kleinen Blutungen und die Blutgefäße in der Retina, Blut ist nicht durchsichtig, ihre Retina schon, erblinden sie mit der Zeit.
Da können wir im Moment nichts gegen machen.
Das Einzige, was als Therapie da ist, ist, einen Antikörper gegen diesen Wachstumsfaktor regelmäßig ins Auge zu injizieren.
Das heißt, wenn sie das im fortgeschrittenen Stadium haben, gehen sie alle zwei Monate zum Arzt und kriegen eine Spritze ins Auge.
Also wirklich nicht geil.
Das sind also Fälle, wo wir gerne sagen können würden, wie können wir das besser stoppen?
Wie können wir das aufhalten?
Wie können wir dafür sorgen, dass die Krankheitsmechanismen dieses Blutgefäßwachstums nicht ektopisch hervorrufen oder missbrauchen?
Aber wir haben natürlich auch ganz viele Fälle, wo wir es gerne anregen möchten.
Ich habe die Wundheilung angesprochen.
Organtransplantation ist jetzt ein massiver Schritt, aber selbstverständlich muss das neue Spendenorgan so schnell wie möglich ans körpereigene Gefäßsystem angeschlossen werden.
In Fällen, wo Blutgefäße verstopft sind oder ausfallen, haben wir genau das gleiche Problem.
Der ganze Körper ist davon abhängig, dass wir die Organe mit Sauerstoff versorgen.
Das heißt, da möchten wir alle Mechanismen nutzen, um möglichst schnell eine Versorgung wieder sicherzustellen.
Warum gucken wir das im Zebrafisch an?
Ich habe Ihnen schon gezeigt, dass der Zebrafisch durch diese durchsichtigen Embryonen unheimlich geeignet ist für Bildgebung.
Der hat noch ganz viele andere Vorteile.
Eins davon ist, wir kriegen Eier in großer Zahl.
Das heißt, wir können uns genetische Faktoren nicht nur ein Viertel, sondern wirklich in Statistik, auch in der Interaktion mit anderen Faktoren angucken.
Und der Embryo entwickelt sich früh unheimlich schnell,
weil er ja nicht, so wie wir als Säugetiere, im mütterlichen Körper über eine Plazenta, über Blutgefäße mit Sauerstoff und Nährstoffen versorgt wird.
Stattdessen hat er so ein kleines Dotter.
Dieses Dotter ist das Kehrpaket, von dem er die nächsten fünf Tage leben muss, bis er selber den Mund aufmachen kann und fressen kann.
Das heißt, er kriegt ja sozusagen nichts außer das Kehrpaket.
Das heißt, er macht die ganze Entwicklung unglaublich schnell, aber gibt dafür Wachstum auf.
Hier sehen Sie eine befruchtete Eizelle, die oben auf dem Dotter sitzt.
Von hier zu hier sind es vier Stunden.
Das heißt, in vier Stunden hat sich diese Eizelle so oft geteilt, dass wir jetzt 1.000 Zellen haben.
Sie sehen aber auch, dass die 1.000 Zellen immer noch hier oben auf dem Dotter sitzen und nicht mehr Platz einnehmen als die befruchtete Eizelle.
Das heißt, sie machen Zellteilungen, wie wir ihn haben, und jedes Mal halbieren sie auch die Zellgröße und wachsen nicht dazu.
Das heißt, wir kriegen nach 24 Stunden ein Embryo, wo das Herz schlägt.
Das müssen Sie sich mal reinziehen.
24 Stunden und wir haben einen kompletten Embryo, wo das Herz anfängt zu schlagen, der seine Muskeln bewegen kann.
Bei uns, nach 24 Stunden, haben wir zwei Zellen.
Also, wir haben den Luxus von neun Monaten im Bauch, oder?
Ein bisschen länger. Das hat der Embryo nicht.
Und weil er das alles so schnell macht und auf Differenzierung statt auf Wachstum setzt in dieser frühen Entwicklung,
kann er den Sauerstoff, den er für diese ganzen Prozesse braucht, aus dem Wasser aufnehmen.
Das heißt, er versorgt sich in diesen ganzen frühen Phasen über Diffusion.
Und er kann bis zu sieben Tage, also noch zwei Tage nachdem er anfängt zu fressen, ohne Herzschlag, ohne Blutgefäße überleben.
Das ist unglaublich lange.
Da ist alles, was wir an der Organentwicklung sehen wollen, schon längst relativ gut abgeschlossen und danach fängt nur noch Wachstum an.
Oder zum größten Teil.
Und das ist der massive Unterschied, warum der so geeignet ist.
Warum nehmen wir jetzt den Fisch und nicht C. elegans oder Drosophila?
Die haben halt gar keine Blutgefäße.
Blutgefäße so richtig kriegen wir erst mit den Wertebraten.
Das ist also der niedrste Wertebratorganismus, mit dem wir große Anzahl von Eiern oder Embryonen untersuchen können
und die Blutgefäßentwicklung überhaupt angucken können.
Um so ein Blutgefäß zu bilden, müssen wir verschiedene Schritte durchlaufen.
Fast wie bei jeder Organogenese.
Wir brauchen Vorläuferzellen.
Irgendwann müssen mal bestimmte Vorläuferstammzellen oder so definiert werden, die sagen, ihr werdet Blutgefäße.
Die müssen irgendwie an die Stelle kommen, wo ein Blutgefäßnetzwerk aufgebaut werden soll.
Dann müssen sich Anlagern organisieren und ein primäres Netzwerk bilden, wo aus Arterien über Kapillaren,
der Gasausstaffschwindel bei Kapillaren statt, über zu wehnen Blut fließen kann.
Später wird das dann gereift. Es kommen andere Zelltypen dazu, die die Zellen mit versorgen.
Früher ist das das, was passiert. Wir gucken uns jetzt eigentlich alle genetischen Faktoren an,
die von hier bis zur finalen Ausbildung im Gewebe die Blutgefäßentwicklung steuern.
Weil mein Labor sehr an verschiedenen Wachstumsfaktoren interessiert war,
wir durch Zufall an Windmolekülen gearbeitet haben, konnten wir auch feststellen,
dass im frühen Embryo, das ist ein früher Embryo von der Seite, Sie haben hier das Dotter,
und in diesem frühen Embryo werden die Zellen, die die Blutgefäße bilden,
also die Vorläuferzellen zusammen mit den Vorläuferzellen für die ersten roten Blutkörperchen angelegt,
und zwar im lateralen Plattenmesodarm. Wenn man von oben auf den Embryo rausguckt,
dann liegt das hier links und rechts. Von der Seite zieht sich das von unten nach vorne durch.
Und in diesem lateralen Plattenmesodarm liegen nun die Vorläuferzellen für die Blutgefäße.
Und das ist ein Vorläuferzellenpool. Und was wir sehr schön zeigen könnten, ist,
dass ein initiales Wind-3a-Signal dazu führt, dass in einem Teil dieser Zellen
der Transkriptionsfaktor für Wind massiv hochreguliert wird und es sozusagen zu einer autoregulativen Verstärkung gibt.
Und diese Wind-Signale über LF1 Endothelzellen spezifizieren.
Und wenn wir das wegnehmen oder Notch gegenschalten, dann kriegen wir stattdessen Blutzellen, rote Blutkörperchen.
Das heißt, schon früh können wir im Embryo diese Vorläuferzellen und die Spezifizierung in unterschiedliche Gewebe sehen.
Dann gucken wir uns diese Vorläuferzellen weiter an. Ich habe gesagt, die müssen wandern,
nachdem sie spezifiziert worden sind und dahin gehen, wo sie die Gefäße bilden.
Wir gucken also wieder auf unser Embryo von oben rauf.
Hier in der Mitte, in der Mittellinie, liegt das Notokort. Das kann man hier ganz schön sehen.
Diese Embryonen sind einfach mit der RNA für CERI injiziert worden.
Und weil der Embryo für uns viele Aufgaben übernimmt, macht er auch in all seinen Zellen CERI.
Und es ist mit einem nuklearen Signal gekoppelt, sodass alle Zellkerne in rot oder hier in lila dargestellt, gelabelt sind.
Und unsere Blutgefäße, Blutgefäßvorläuferzellen, exprimieren einen GFP
unter einem Transkriptionsfaktor Promotor, der in den Blutgefäßen aktiv ist.
Und dann sehen Sie sehr schön, dass hier diese Zellen im lateralen Plattenmesuter,
im Liegen und relativ schnell zur Mittellinie wandern.
Sie sehen auch, wie es hier durch die Somiten zum Teil durchwandert.
Und diesen Prozess haben wir uns genauer angeguckt.
Und dabei konnten wir feststellen, dass nicht, wie früher behauptet, ein maskulär induzierendes Signal von BGF diese Wanderung steuert,
sondern ein neuer Signalweg, bei dem ein kleines Peptid den Apelinrezeptor stimuliert.
Und hier sehen Sie eine Insitu-Hybridisierung auch am ganzen Embryo.
Und da sehen Sie, wie der Rezeptor für dieses Peptid bereits im lateralen Plattenmesuter exprimiert ist
und dann zur Mittellinie wandert und auch später noch in den Blutgefäßen aktiv ist.
Und ich zeige Ihnen jetzt gar nicht die Tonne von Experimenten, die wir gemacht haben.
Ich zeige Ihnen einfach nur, dass wir in der Kontrolle, das haben wir mit Morpholinos oder Mutanten gezeigt,
die normale Wanderung zur Mittellinie haben.
Zebrafisch hat oft zwei Paralloge für ein Gen, deswegen haben Sie hier Apelinrezeptor A und Apelinrezeptor B.
Human hat nur einen Apelinrezeptor, der heißt dann APJ.
Und wenn wir eins von den beiden Rezeptoren rausnehmen, kriegen wir nur eine Teilwanderung zur Mittellinie, genauso ist beim zweiten.
Wenn beide Rezeptoren fehlen, dann wandern die Zellen nicht zur Mittellinie.
Und mit einer großen Anzahl von Experimenten konnten wir also zeigen, dass es ein ganz neuer Signalweg ist,
der die Endothelzellwanderung reguliert in diesem frühen Stadium.
Und jetzt wird es natürlich spannend zu gucken, ob das auch mit Krankheitsbildern verbunden ist.
Wir gucken auch sehr viel nach Zellwanderung.
Und das ist unser Lieblingsmodell. Das ist was Besonderes im Zebrafisch.
Der Zebrafisch muss um die gemeine Kardinalvene auszubinden.
Die gemeine Kardinalvene ist der letzte Stück der Vene, der hier vom Körper kommt und sich mit dem Herz Einlauf verbindet.
Und jetzt hatte ich gesagt, hier ist das Dotter und beim Zebrafisch ist das Dotter fast einen Millimeter im Durchmesser.
Das heißt, die Zellen müssen, um diese Verbindung dahin zu machen, extrem weit wandern für so eine kleine Zelle.
Und dafür brauchen sie eine ganze Weile, in diesem Fall fast, ich glaube der Film ist über 20 Stunden,
also ungefähr 24 Stunden brauchen sie schon, um die Strecke zu schaffen.
Das führt dazu, dass der Fisch gesagt hat, solange kann ich nicht warten und der Blutschluss einfach schon angefangen hat.
Und wie das genau funktioniert, wissen wir auch nicht.
Links und rechts ist Haut und die Oberfläche vom Dotter und es hält es auch ganz gut zusammen.
Aber Sie sehen auch, dass ab und zu mal Zellen, rote Blutköpfe hier nach links und rechts verloren gehen.
Also so ganz dicht ist es auch nicht.
Aber wir haben irgendeinen Kanal, wo das Blut dann im Herz eingesaugt wird, wo das Blut einfach schon mal durchfließt und das Blutgefäß noch nicht fertig ist.
Für uns super interessant ist, dass diese Zellen, die das Blutgefäß bilden, flach oben um den Embryo herumwandern, da ist sonst nichts.
Da ist noch eine Schicht Haut drüber und sonst gar nichts.
Und in dieser flachen Wanderung können wir sie, weil sie so schön lange flach um diesen Ball herumwandern, super gut beobachten.
Und diese Beobachtung, die sehen Sie hier.
Wir können also auch mit Liveact die einzelnen Aktinfilamente in der Wanderung färben.
Wir können gucken, was passiert, wenn eine Zelle sich hier zum Beispiel teilt.
Wie sie sich dann wieder ins Gewebe einordnet.
Und das die vorderen Zellen, zum Beispiel Solamellipode, ausbilden und damit aktiv die Wanderung steuern.
Also eigentlich nur mein Lieblingsfilm, um Ihnen zu zeigen, dass wir auch subzelluläre Strukturen in so einem lebenden Embryo beobachten können und gucken können, wie die sich verhalten.
Und wenn wir das machen und diese Wanderung beobachten, dann können wir uns verschiedene Faktoren angucken und deren Einfluss auf die Wanderung.
Und das Besondere an diesen Zellen ist, dass die nicht einzeln wandern, sondern als Kollektiv.
Und wenn Sie das mit der Biologie oder der Medizin verbinden wollen, dann sollten Sie wissen, dass Krebszellen, die matastasieren, wenn sie alleine wandern,
viel weniger effizient das Gewebe durchqueren, als wenn sie ein Kollektiv bilden und in Gruppen wandern.
Das heißt, egal wie, hat das Kollektiv bestimmte Vorteile fürs Vorankommen und für das Durchsetzen der Wanderung.
Und uns interessiert, was diese kollektive Wanderung so anders macht von einer Einzelzellwanderung.
Und eins der Moleküle, die wir zeigen konnten, dafür ganz wichtig ist, ist Kathrin-5.
Kathrin-5 ist aus der Kathrin-Superfamilie oder heißt auch vasculär Endothel-Kathrin.
Und ganz interessant, wenn wir Kathrin-5 wegnehmen und uns diese Zellen in den Filmen in der Wanderung angucken,
dann sehen wir hier den Wildtyp und mit Rot ist immer der Startpunkt markiert.
Und dann haben wir die Wanderung verfolgt und einfach so eine weiße Linie für die ganze Wanderungsstrecke über die Filmzeit gemacht.
Und dann sehen Sie im Wildtyp, dass diese weißen Linien alle schön gerade runterwandern, also immer in die gleiche Richtung.
Und jetzt nehmen wir das Kathrin-5 weg und ich sollte sagen, die haben trotzdem noch Zell-Zellverbindungen, aber nicht mehr so viele.
Kathrin-5 ist ein wesentliches homophiles Zellartisierungsmolekül der Arterien-Junge.
Und wenn wir das wegnehmen, dann sehen Sie, dass die Zellen plötzlich hier so hin und her wandern.
Die hier finde ich besonders toll, die wandert gegen die anderen nach oben.
Also die verlieren komplett die Richtung.
Und das Schöne ist, wir können natürlich alle Wanderungsparameter wieder quantifizieren, das heißt wir konnten messen,
wandern die genauso lange Strecken. Ja, das machen sie, da ändert sich nichts.
Wandern sie mit der gleichen Geschwindigkeit, das heißt, welche Strecke legen sie zurück in welcher Zeit, auch gar kein Problem.
Aber die Richtung, die geht komplett verloren, wenn die Zellen nicht mehr von ihrem Nachbarn irgendeine Info erfahren.
Und meine Arbeitsgruppe ist im Moment total daran interessiert, herauszufinden, wie dieses Kathrin-Molekül,
was über Aktin im Zytoskelett verankert ist, intracellulär, wie das dazu führt, dass die Zellen einander sagen können, gemeinsam, da geht es lang.
Und unter anderem gucken wir uns das heutzutage an, in dem wir erstmal feststellen wollten, verlieren die Zellen die Polarität.
Und dadurch wandern sie einfach zufällig, oder was ist da los.
Und um das zu gucken, haben wir einen Transgen in Kollaboration generiert, und dieses Doppeltransgen markiert einmal die Zellkerne in GFP und einmal den Golgi-Apparat in CERI.
Und wenn man sich das in den Gefäßen der intersegmentalen Gefäßen anguckt, die Stereotyp und einzeln wandern,
dann kann man ganz schön sehen, dass sich von einer Zufallsverteilung in dem Moment, wo die Zellen anfangen zu wandern, immer der Golgi vor dem Zellkern befindet.
Das heißt, wir können daraus eine Polarität in Richtung der Wanderung schließen und können sehen, dass bei einzeln oder in Strang wandern den Zellen
in dem Moment, wo die Wanderung losgeht, der Golgi vor dem Zellkern sitzt in Wanderungsrichtung.
Also haben wir gesagt, wir haben jetzt dieses kollektive Sheet, wie ist es denn da?
Und das sind jetzt zwei Filme, einmal vom Wildtyp, und da sehen Sie schon ganz schön, dass das etwas ganz Besonderes ist, was vorher noch nicht beschrieben wurde,
dass der Zellkern jetzt hier immer an der Seite sitzt, der Golgi hier immer an der Seite vom Zellkern sitzt.
Und Sie sehen auch in den Katharinen V Mutanten, dass der Zellkern in Wanderungsrichtung wieder vorne sitzt.
Das heißt, die Zellen verlieren, wenn sie diese kollektive Kommunikation verlieren, dann verlieren die gar nicht alles an Polarität oder an Wanderungsparameter,
sondern die wechseln zu einer Einzelzelle und haben den Golgi wieder vorne an der Seite, wie im Sheet.
Und diesen Wechsel, nicht in der gleichen Form, sehen wir auch, wenn wir um Humanendothelzellen einen Scratch-Assay machen und gucken, wie verhaltet ihr euch.
Die wechseln dann von einer randomisierten Polarität zu einer gezielten Polarität in Wanderungsrichtung.
Und wenn wir Katharinen V wegnehmen in den Humanendothelzellen, dann verlieren sie diese Polarität in Wanderungsrichtung.
Und das können wir im Zebrafisch halt auch quantifizieren und können ganz klar sehen, dass die Lokalisation des Golgis im Verhältnis zum Zellkern sich ändert,
wenn wir von einem kollektiven Sheet zu einem Katharinen-Diffizienten-Wanderungsmuster wechseln.
Ausgehend von dem Ganzen haben wir gesagt, wir wollen mehr wissen über, wie diese wandernden Endothelzellen, was diese wandernden Venen ausmacht.
Und haben damals noch ein Microarray gefahren, in dem wir einmal von frühen Embryonen, die Angioplasten, isoliert haben,
dann von späteren Embryonen zu unterschiedlichen Zeitpunkten den Kopf abgeschnitten haben, den Schwanz abgeschnitten haben
und nur aus diesem Mittelteil die Venen und die gesamten Endothelzellen oder dann die Venen, die auswandern und die Arterien getrennt.
Oder in einer Situation, wo die Venen nicht mehr auswandern, Venen und Arterien isoliert haben, jeweils in großer Menge,
die RNA, die Zellen über Fax aussortiert haben und dann die RNA und Microarray miteinander verglichen haben.
Und so haben wir ein ganzes Set von Genen, was differenziell reguliert ist in den unterschiedlichen Phasen der Entwicklung.
Wir können also sowieso sowohl das Set benutzen, um zu gucken, was unterscheidet sich in der arterien Venendifferenzierung
oder was macht jetzt diese älteren wandernden Zellen unterschiedlich von diesen frühen Venenzellen.
Und in dem Rahmen haben wir unterschiedliche Faktoren analysiert und das ist eigentlich die erste Story, die da rausgekommen ist,
die richtig schön war und zwar haben wir gefunden, dass Semaphorein 3 eine Rolle spielt.
Wenn wir Semaphorein 3 wegnehmen, dann kriegen wir einen doppelten Phänotyp.
Wir haben einmal diese Zellen im Wildtyp, die so wunderschön gerade auswandern.
Und wenn wir Semaphorein 3 wegnehmen, dann kriegen wir zwei Sachen.
Einmal wandern die Zellen nach links und rechts zur Seite.
Also die wandern zwar noch so halb gerade, aber jetzt in beide Richtungen raus.
Und dann kriegen die lauter Löcher zwischenander.
Also die schaffen es nicht mehr, wie so ein Sheet zusammen zu bleiben, sondern die kriegen Löcher.
Und wenn wir uns das mit diesem Live-Aktin genauer angucken, dann sehen wir halt in den Kontrollen,
dass die hier so Stress-Fiber-ähnliche Aktinkabel haben, die die Zellen unterstützen.
Ja, da sehen Sie sehr schön hier immer in den Zellen.
Und dann sehen wir, dass die Morphogine oder Mutanten von Semaphorein 3 diese ganzen Kabel fehlen.
Und dann die Zell-Zellkontakte aufreißen und wir große Löcher kriegen.
Und um so eine ganz lange Geschichte auch ganz kurz zu machen, konnten wir über verschiedene Mechanismen feststellen,
dass Semaphorein wirklich zweimal gebraucht wird in der Entwicklung von diesen, in der Wanderung von diesen Zellen.
Und zwar ist es einmal, das hier ist so ein Insitu-Muster, was wir auch mit Antikörper bestätigen können,
einmal Dorsal-exprimiert.
Und man sollte vielleicht wissen, Semaphorein Plexin ist ein Signalweg, der in der Neurobiologie schon sehr gut bekannt ist
und der in der Regel dafür heißt, dass Axone ihren Weg finden oder von irgendwo abgeschreckt werden, repellt werden.
Also hier haben wir die Kardinalvene und das sind die Zellen, die gerade runter rauswandern.
Über der Kardinalvene finden wir einen großen Bereich, wo Semaphorein 3D ganz stark exprimiert ist,
sodass die Zellen nicht auf die Idee kommen, in die falsche Richtung zu wandern.
Links und rechts im Mesenchyme finden wir auch zwei ganz stark exprimierende Domänen von Semaphorein 3D,
sodass die Zellen nicht nach links und rechts auswandern, sondern stattdessen nach gerade runter.
Und wie Sie eben auch schon gehört haben, natürlich ist Semaphorein nicht das einzige Molekül, was diesen Domänen ihren abschreckenden Charakter gibt.
Aber Sie haben gesehen, wenn wir Semaphorein wegnehmen, dann wandern die Zellen plötzlich hier in die Breite.
Und wir konnten sehr schön zeigen, dass diese frühe repulse, abstoßende Reaktion über den Semaphoreinplexin-Passweg gemacht wird
und dass die Endothelzellenplexin exprimieren, aber nur am Anfang.
Das heißt, nur hier oben in der Kardinalvene und wenn Sie anfangen auszuwandern, machen Sieplexin,
aber die Zellen, die hier vorne angekommen sind, exprimieren schon gar kein Plexin mehr.
Also brauchten wir ein zweites Rezeptormolekül, das in der Lage ist, Semaphorein zu verarbeiten.
Und wir konnten zeigen, dass die Tippzellen, die zählen in der Wanderungsfront, die exprimieren auch Semaphorein 3D.
Und die machen das und benutzen einen anderen Rezeptor, nämlich das Neuepillen-1, das ist ein Rezeptor oder Co-Rezeptor,
der gleichmäßiger über die ganze Vene exprimiert wird. Also können wir spekulieren, liegt es jetzt an unterschiedlichen Mengen,
die man braucht, um den einen oder anderen Rezeptor zu aktivieren.
Aber hier vorne gibt es kein Plexin mehr, da gibt es nur noch Neuepillen.
Wir konnten zeigen, dass das Neuepillen über Roa, die Kinase, die Sie eben schon bei Esther gehört haben,
eine Downstream-Kinase ROCK aktiviert und dass diese Roa-ROCK-Kaskade
instrumental ist, um diese Aktinmürsin-Filamente da in der Zelle zu bilden.
Und wieder gibt es auch den Link zum Krebs, bestimmte Coulomb-Krebsarten
exprimieren Semaphorein 3D besonders hoch und sind dann in der Lage, viel schneller, viel aggressiver zu wandern.
Was wir auch gezeigt haben, wenn dieses Semaphorein 3D hier vorne in der Spitze fehlt,
dann wird die Wanderung langsamer, ineffektiver und wenn es ganz fehlt, verlieren wir eben auch noch die Stresskabel.
Wo gucken wir auch noch hin? Wir sind auch noch total interessiert an der Bildung der Blutgefäße im Gehirn.
Sie kennen alle, schon mal gehört das Wort der Bluthirnschranke.
Die Bluthirnschranke ist gar nicht eine extra Mauer, sondern ist eine Spezialisierung der Blutgefäße,
die bestimmte Mechanismen haben, um besonders dicht zu sein und nichts ins Gehirn rein zu lassen.
Das heißt, die unterscheiden sich von den Standardblutgefäßen.
Wenn wir im ZebraFish gucken, dann werden diese Blutgefäße, die die Bluthirnschranke ausbilden,
das sind die Kapillaren oder Zentralarterien, die werden hier in grün dargestellt,
die werden im Hinterhirn in zwei Schritten gebildet und wir gucken aufs Hinterhirn einfach nur,
weil es so schöne Stereotypenmuster gibt, das heißt, da kann man am besten drauf gucken.
Wenn wir das Hinterhirn angucken, dann gibt es früher einfach nur zwei Venen und aus diesen Venen wandern Zellen aus
und bilden eine mittlere Arterie, das interessiert uns nicht.
Danach wandern Zellen nicht mehr zur Mitte aus, sondern nach oben, nach Dorsal
und bilden sozusagen ein Blutgefäß in der Wanderung und dann bilden die so einen Bogen
und falten sich hier auf die Basalarterie zurück.
Und manchmal hier im ersten Bogen können die sich auch statt auf die Basalarterie zurückfalten,
auf den Nachbarn verknüpfen.
Und dann haben wir plötzlich einen Wechsel und einen Blutfluss von der Basalarterie
zur Kardinalvene oder beim Model-Heinbein-Channel heißt das, aber es ist die Vene
über diese Zentralarterien, das dann das Gehirn versorgt.
Und wir gucken nach Hypoxie, hypoxieinduzierbare Transkriptionsfaktoren
und haben gefunden, dass die auch eine wahrscheinlich sogar hypoxieunabhängige Rolle in der frühen Gefäßentwicklung haben.
Und Sie sehen hier so ein ganz neues Transgen, was in der Lage ist, die transkriptionelle Aktivität
von Hypozin-induzierbaren Transkriptionsfaktoren darzustellen,
über die Expression nicht von einem GFP, sondern von einem EUNARGY.
Warum EUNARGY? Weil GFP sauerstoffabhängig ist.
Und das heißt, wenn Sie später in eine Hypoxie-Situation kommen wollen, sehen Sie gar keine Floreszenz von GFP mehr.
Während EUNARGY nicht sauerstoffabhängig ist, sondern bilirubinabhängig.
Das heißt, es kann auch in der Abwesenheit von Sauerstoff sehr gute Floreszenz geben,
ist also ein besserer Hypoxie-Sensor.
Und da können Sie sehr schön sehen hier von der Seite, wie diese Zellen nach oben raussprouten.
Und jetzt sehen Sie, wie die hier zum Teilen Lumen bilden.
Und Sie können sehen, schwach in weiß, dass die HIV-transkriptionelle Aktivität positiv sind.
Und Sie sehen auch einzelne neuronale Clusters, Motoneuronen in der Umgebung,
die diesen Transkriptionsfaktor aktivieren und benötigen, um das Gehirn zu bilden.
Und ganz spannend für uns war, wir haben uns also Zellen in gleichen Stadien der Blutgefäßbildung der Angiogenese angeguckt.
Hier sehen Sie die Gefäße im Gehirn, das war der Primordial High Brain Channel, die Vene, von der die auswandern.
Hier sind die Neuronen in blau umrahmt.
Und in rot sehen Sie die positiven Blutgefäße.
Und das weiße Signal hier ist hier in schwarz dargestellt, sodass Sie sehen, da ist wirklich Aktivität in den Blutgefäßzellen.
Und wenn wir zur gleichen Blutgefäßentwicklungszeit, deswegen mal 24 Stunden im Schwanz gucken,
dann sehen Sie hier die angiogenen Sprouts rauskommen und Sie sehen das nichts davon.
Sie sehen das Neuronen auch Hilfaktivität zeigen, aber die Blutgefäße im Schwanz nicht.
Das heißt, wir haben schon mal einen klaren Unterschied zwischen einem Transkriptionsfaktor,
einem essentiellen Transkriptionsfaktor, den wir auch haben, der im letzten Jahr einen Nobelpreis für die Erforschung der Transkriptionskaskade für die Erfindung der Transkriptionskaskade gab.
Der nur im Blutgefäß aktiv ist, vom Gehirn, aber nicht im Schwanz.
Und natürlich wollten wir wissen, was da los ist. Und mit den Mutanten ist das so eine Sache.
Das kann nicht so einfach, vor allem weil es viele Hilftranskriptionsfaktoren gibt.
Also haben wir geschummelt und haben das Enzym genommen, was normalerweise, wenn Sauerstoff da ist, Hilf für den Abbau markiert.
Und das Enzym heißt VHL. Und wenn wir also dieses Enzym ausknocken, dann wird HIF nicht abgebaut.
Und damit haben wir eine Überaktivität von HIF.
Und dann können wir sehen, dass die Blutgefäße im Gehirn, hier gucken wir von oben drauf und hier gucken wir von der Seite, ganz furchtbar aufgebläht sind und auch ganz viele Querverbindungen haben.
Aber die Blutgefäße im Schwanz haben keine Veränderung. Also passt zu unserer Hypothese der Expression.
Und jetzt hoffe ich, hier kann ich Ihnen noch mal so einen schönen Film zeigen.
Das ist der Palmodel Heinbein Channel. Da wuchsen gerade die Gefäße aus.
Und Sie sehen das selbst nach der Gefäßbildung.
Sie sehen das selbst nach der Gefäßbildung. Die Zellen sich noch weiter bewegen.
Also hier jetzt haben wir einen Lumen. Die Zellen wandern noch, bewegen sich und ändern ihre Organisation.
Dieses Ändern der Farbe ist für mich jetzt neu, aber macht ja nichts.
Und das wäre in der VHL-Mutante. Auch hier können wir die Zellen wandern sehen, sich verbinden.
Wir sehen Lumen und jetzt bläht sich das Ganze massiv aus.
Und es wird sozusagen Zellkerne und Zellen richtig rausgestülpt von der Lumen-Seite aus.
Und so sieht es in der Feinaufnahme mit Live Act aus.
Wir gucken wieder von der Seite auf diese fertigen Gefäße. Das ist der Wildtyp.
Und da sehen Sie hier die Zellkerne und sehr schöne gerade Verbindungen.
Und Sie sehen, dass die Zellen sozusagen im Rahmen dieser Weiterwanderung ihre Zellform verändert haben.
Und so ausgestreckt entlang des Blutgefäßes und des Lumens hier von der Arterie zur Vene geformt sind.
Und Sie sehen, dass in der Mutante hier die Zellkerne nicht gleichmäßig verteilt sind.
Und es sich solche Ausbeulungen der einzelnen Zellen ergeben.
Das heißt, wir haben einen ganz neuen Mechanismus, wo irgendwie die transkriptionelle Aktivität von HIV-transkriptionsfaktoren dafür sorgt,
dass sich morphogenetische Prozesse komplett ändern und die Zelle nicht in der Lage ist,
den morphologischen Erscheinungsbild ihrer Funktion nach zu verändern.
Und wie gesagt, eine gehörenspezifische Sache, das heißt eine Sache, das nur Gefäße machen, die auch die Bluthirnschranke ausbilden.
Wir gucken weiter auf die Bluthirnschranke. Das ist von oben ein Film, wie sich das Ganze im Zebrafisch entwickelt.
Sie sehen hier diese Zellen, die auswandern und hier zur Mittellinie gehen. Die ist ein bisschen tief.
Sie sehen aber auch, wie schön die sich verbinden und dann einen Lumen ausbilden.
Dann werden die so dick und dann hören sofort die Philopodien auf.
Und Sie können auch sehr schön sehen, dass wir wirklich die Zelle und die einzelnen Philopodien verfolgen können
und sehen können, wie die nacheinander suchen, sich kontaktieren und dann einen Lumen ausbilden.
Und bei dieser Lumenausbildung passiert etwas Ähnliches, wie bei einer umgekehrten Zellteilung.
Wir müssen in irgendeiner Form, müssen die Zellen aufeinander zuwandern, sich kontaktieren
und dann müssen die wissen, jetzt müssten wir mal mit der Nachbarzelle zusammengehen.
Das nennt man Aristomose. Und dazu benutzen die wieder dieses Monokül Katharin V.
Das heißt, Katharin V kann mit Katharin V interagieren. Die halten sich fest.
Katharin V interagiert intrazellulär mit dem Aktinzytoskelett und bildet dann,
zieht sozusagen ein Aktinring zusammen, um diese beiden Zellen und Zellmembranen miteinander zu verbinden.
Und wir haben wieder nach dem Windsignalweg geguckt und haben einen ganz neuen Reporter für den Windsignalweg gebaut.
Und was ist das Besondere am Reporter? Es gibt schon ganz viele Reporter für den Windsignalweg.
Das Besondere ist, dass wir fluoreszente Moleküle als Reporter genommen haben, die destabilisiert sind.
Das heißt, wir können entweder mit diesem Reporter die Aktivität von dem Windsignal innerhalb von zwei Stunden sehen.
Nur zwei Stunden nach der Aktivierung der Promotorsheiz ist dieses destabilisierte GFP aktiv.
Wir haben noch einen anderen endogenen Reporter, Promoter genommen und einen Pestaktin dahinter, Pest, CFP dahinter gehängt.
Venos schon. Venos, also ein gelbes Protein mit einer Pestdomäne, was nur eine halbe Stunde Halbzeit hat.
Und das ganz Überraschende war, also wir alle wissen, dass in dieser frühen Phase der Bildung der Blutgefäße Wind ganz essentiell ist.
Kein Wind heißt keine Sprouts und so weiter, das ist beschrieben.
Und das sehen wir auch hier, das sind die beiden Blutgefäße von der lateralen Seite.
Und da sehen wir, diese zukünftigen Sprouts machen schon unseren Reporter an.
Wie geht es jetzt aber weiter? Drei Stunden später haben die ja schon angefangen, hier rauszuwachsen.
Und unser Reporter ist nur zwei Stunden lang aktiv.
Das heißt, dieses Signal, was hier ganz früh aktiv war, das kann es nicht mehr sein.
Aber die machen trotzdem die ganze Zeit, während sie hier wandern, den Windsignalweg an.
Und erst, wenn ein Lumen gebildet wurde und die verbunden sind, geht die Expression massiv runter.
Das war total überraschend. Ja, also dass man Frühwind brauchte, um hier rauszukommen, das war klar.
Aber warum man Wind später braucht, war überhaupt nicht klar.
Das heißt, wir haben eine bekannte Rolle von Wind in dieser Spezifikation der zukünftigen Zelle, die rauswandert.
Lange vor der Invasion, dann haben wir diese Invasion.
Aber wir haben eigentlich gar keine Daten darüber, was Wind danach macht.
Und dann haben wir uns das angeguckt, haben wieder Timelapse-Movies gemacht und konnten ihm zeigen,
dass von dem Zeitpunkt, wo sich zwei Philopodien über ihr Vika-Therin-Molekül getroffen haben,
zu einer kompletten Fusionierung der Zelle mit Aufbau eines Lumens der beiden Zellen.
Eine 1,5 Stunden. Wahnsinn, wie schnell das geht.
Wenn wir jetzt Windsignalwege blocken, und das ist das zweite ganz tolle am Fisch, wir können einfach Chemikalien ins Wasser geben.
Also für alles. Es gibt ja so schöne pharmakologische Inhibitoren.
Wir geben einfach ein bisschen Chemie ins Wasser und blocken den Windsignalweg damit.
Wenn wir das machen, das Tolle daran ist, wir können uns den Zeitpunkt natürlich auch suchen.
Wir können ja diese frühe Phase komplett unberührt lassen und erst später Wind blocken. Das ist bei der Maus echt schwierig.
Dann können wir sehen, dass sich diese Philopodien miteinander berühren.
Und auch immer wieder. Deswegen sind hier so kleine Sternchen. Das heißt, die kontaktieren sich.
Die kommen auch zusammen, die können sich auch bewegen. Aber die schaffen es nicht, diesen Ring auszubilden und aneinander zu ziehen
und dieses funktionale Lumen zu bilden.
Und um das zusammenzufassen, wir konnten zeigen, dass dieses Katherin-5- oder VE-Katherin-5-Massiv-Runterreguliertes auf diesen Zellen ist.
Und was ganz super spannend war, wir können aus dem Mausgehirn primäre Endothelzellen isolieren.
Und wenn wir das machen, bei einer ganz, ganz jungen Maus, die hier war drei Tage alt,
und dann auch diese primäre Endothelzelle, kann man nicht viel mitmachen, aber man kann den Windsignalweg blocken,
dann sehen wir auch einen kompletten Verlust. Dieser hier in gelb gefärbten Weg hat hier eine Verbindung.
Und super spannend für uns ist, wenn wir eine zehn Tage alte Maus nehmen oder nur eine sechs Tage alte Maus,
dann funktioniert das nicht mehr. Und da wissen wir auch noch nicht, wie es funktioniert.
Aber um auch da eine ganz große Story ganz kurz zu machen, wir haben also diesen normalen Prozess,
wo die Zellen sich kontaktieren und über Zellzellkontaktmoleküle einen Aktienring ausbilden,
der dazu führt, dass sie miteinander fusionieren können.
Und was wir zeigen konnten, ist, wenn Wind fehlt, dann wird ein anderer Signalweg nicht mehr blockiert.
Dann wird Swingosin-1-Phosphate-Signaling viel zu früh angeschaltet.
Swingosin-1-Phosphate-Signaling ist später dafür verantwortlich, die Bluthirnschranke zu verstärken.
Dadurch, dass der Swingosin-1-Phosphate-Rezeptor schon viel zu früh rackaktiviert und überaktiviert,
werden diese Signalmoleküle, die zwar in der RNA gemacht werden,
nicht mehr richtig auf die Endothelus-Kontaktzellen verteilt,
sondern bleiben in der Zelle liegen oder werden abgebaut.
Und dadurch kommt es dazu, dass wir zu wenig Vekatherin auf der Oberfläche haben,
die Zellen sich kontaktieren, aber keine stabile Verbindung ausbilden können
und dann überhaupt keinen Lumen bilden können.
Das heißt, über so etwas ganz Einfaches wie einen Reporter, der uns sagt, hier ist etwas aktiv,
konnten wir hinterher einen relativ neuen Prozess und eine Interaktion von zwei Signalwegen auflösen.
Und wir haben selbstverständlich die ganzen Experimente auch mit Mauszellen,
erst mal einen Perizepter-Knockout-Mauszellen usw. gemacht und können zeigen,
dass es wirklich eine essentielle Funktion des Windsignalwegs zu diesem Zeitpunkt ist,
diesen anderen Signalweg runterzuhalten.
Mit der biologischen Idee, dass wir Wind zu unterschiedlichen Zellen in der Endothelus-Entwicklung brauchen,
um diese Zellen rauswandern zu lassen, um die Anastomose usw. fertig werden zu lassen
und dann später erst mal ein Perizepter-1-Signal brauchen, um die Blut-Hirn-Schranke stabil zu halten
oder schneller auf und zu machen zu können.
Und wenn wir halt Frühwind wegnehmen, dann wird das andere Signalweg viel zu früh angeschaltet.
Das heißt, diese Balance zwischen einer Angiogenese, einem wachsenden Blutgefäß,
was ja ganz viele Sachen machen muss, und einem stabilen, stillen Blutgefäß, dessen Aufgabe es ist,
so dicht wie möglich festzuhalten, damit keiner ins Gehirn eindringen kann,
die wird durch den Windsignalweg reguliert.
Und wenn wir die wegnehmen, kriegen wir halt alle möglichen Fehler.
Und das ist deswegen interessant, weil gerade auch in den verschiedenen Angiomas im Gehirn
oder nach dem Schlaganfall S1P-Rezeptor-Drogen, Medikamente gegen den S1P-Rezeptor
oder deren Funktion gar nicht ganz genau klar ist, bereits in der Klinik eingesetzt werden.
Das heißt, spielt das alles, was wir machen, eine Rolle?
Ich hoffe, ich habe schon gezeigt, dass für die verschiedenen Faktoren immer wieder,
also das, was wir in der frühen Entwicklungsbiologie finden, eben auch für die verschiedenen Krankheitsbilder
unterschiedlich intensiv eine Rolle spielt.
Ich möchte aber auch ganz klar sagen, was wir machen, ist schon die Grundlagenforschung,
das Erforschen von welches Signalwege spielen in der Entwicklung eine Rolle.
Und dann brauchen wir die Verbindung der Kliniker, um wirklich zu gucken,
inwieweit wirkt sich die Störung eines Signalwegs dann noch auf das Krankheitsbild aus.
Das machen wir nicht alles.
Also von uns bis zu der Bedeutung für der Klinik liegt trotzdem noch ein weiter Weg.
Aber ohne die Grundlagen kommt man da auch nicht hin.
Also das nächste Mal, wenn Sie sich schneiden und sich verarztet müssen, hoffe ich,
dass Sie sich jetzt bewusst sind, wie toll das ist, dass Ihre Blutgefäße wieder wachsen
und dass wir anhand von so einem kleinen Fisch die Funktion, die auch für uns wichtig ist, untersuchen können.
Und ich hätte natürlich nichts machen können ohne die Leute, die mich die ganze Zeit unterstützen.
Und das ist mein Team, wie wir vor anderthalb Jahren zum ersten Mal in der Hallangen waren und gesagt haben,
hier wollen wir hin, auch vor zwei Jahren.
Vielen Dank für die Fragen.