Kai Weißenbruch

Zell- und Neurobiologie
Die Forschungsprojekte in der AG Bastmeyer konzentrieren sich auf die molekularen Aspekte der Zelladhäsion und Zelldifferenzierung und auf Fragestellungen zur Entwicklung des Nervensystems in Vertebraten. Wie bei einem Computer basieren die Funktionen des Nervensystems auf spezifischen Schaltkreisen. Wir versuchen zu verstehen, wie sie sich - gesteuert von genetischer Information - während der Embryonalentwicklung ausbilden. In Kooperation mit Physikern und Chemikern entwickeln wir neuartige 3D-Substrate für die Zellkultur, um die mechanischen Eigenschaften von Zellen zu untersuchen und die Differenzierung von Stammzellen zu kontrollieren. Diese interdisziplinären Ansätze sind eingebettet in die Graduiertenschule „Karlsruhe School of Optics & Photonics“ (KSOP), das DFG-Exzellenzcluster „3D Matter Made to Order“ (3DMM2O) und das Helmholtz-Programm „BioInterfaces in Technology and Medicine“ (BIFTM).

Ferdinand Le Noble

Zell- und Entwicklungsbiologie

Wir untersuchen molekulare Mechanismen, wie sich in der frühen Embryonalentwicklung ein effizient funktionierendes Blutgefäßsystems aufbaut, verzweigt und wie es aufrecht erhalten wird. Die molekularen Mechanismen der Vaskularisierung in der Embryogenese ähneln dabei denen, die ein wachsender Tumor für seine Versorgung aktiviert. Darüber hinaus dienen unsere Modellsysteme dem Verständnis grundlegender Prozesse, die zu Bluthochdruck, Herzinfarkt und Schlaganfall führen.

Molekulare Zellbiologie

Wenn sich eine Zelle teilt vermacht sie den beiden neu entstehenden Zellen alles, was sie an Fähigkeiten und Informationen besitzt. Verantwortlich dafür, dass das genetische Erbe einer Zelle gleichmäßig auf die Tochterzellen verteilt wird, sind die Zentromere. Diese Zentromere sind die Anknüpfungspunkte der Chromosomen, um das duplizierte Erbgut an die mitotische Spindle zu befestigen.

Wir erforschen wie das Zentromer funktioniert und welchen Anteil fehlerhaft arbeitende Zentromere am Entstehen von Krankheiten haben, beispielsweise von Krebs oder Geburtsdefekten.

Wir sind besonders an den epigenetischen Einflüssen interessiert, die dafür sorgen, dass sich funktionsfähige Zentromere ausbilden. Epigenetische Einflüsse (die griechische Vorsilbe „epi“ bedeutet „über“ oder „auf“) sind Mechanismen und Faktoren, die auf einer der DNA übergeordneten Ebene auf die Erbinformation einwirken. Hierzu zählen die Histone und deren Modifikationen. Eine bestimmte Histon-Variante namens „CENP-A“ (Centromeric Protein A) kommt nur in der Zentromer-Region der Chromosomen vor. Ohne dieses spezielle Histon kann sich das Kinetochor nicht ausbilden. Aber auch nicht-kodierende RNAs sind wichtige Erscheinungen am Zentromer und am umgebenen perizentromerischen Heterochromatin. Deren Funktion steht ebenfalls im Mittelpunkt unserer Forschung.

Systembiologie & Bioinformatik
Biotechnologie ist eines der wenigen Technologiefelder in denen nicht wie selbstverständlich Mikrochips verbaut werden, die eine intelligente Steuerung von Bauteilen ermöglichen. Um zur Entwicklung solch eingebetteter Steuerungssysteme beizutragen, untersucht die AG Hilbert den „Zellkern als natürliches Vorbild DNA-basierter Computerhardware“. Die wissenschaftliche Arbeit umfasst Experimente zur dreidimensionalen Organisation des Genoms in Zebrafischembryonen, sowie die Übertragung der experimentellen Beobachtungen in physikalische Modelle und Simulationen. Diese Modelle und Simulationen sollen physikalische Grundregeln und Designansätze für zukünftige DNA-basierte Steuerungs- und Rechnerhardware bereitstellen.