Wie koordinieren Zellen Proliferation, Differenzierung und morphogenetische Bewegungen in Zeit und Raum? Wie entsteht aus einer einzelnen Stammzelle ein funktionierendes Gewebe? Und was geschieht, wenn diese Homöostase fehlschlägt? Wir kombinieren Single-Cell Transcriptomics, hochauflösende 3D und 4D Mikroskopie und Drosophila Genetik um Mechanismen der epithelialen Homöostase zu untersuchen.
Zellinterkalation ist ein wichtiger Entwicklungsprozess und spielt beispielsweise bei der Gastrulation und Organogenese eine kritische Rolle. Anhang der Interkalation von Stalkzellen im Follikelepithel untersuchen wir wie Zellbewegungen koordiniert werden damit ein funktionelles Gewebe entstehen kann. Stalkzellen interkalieren radial. Dabei wird aus einem doppelschichtigen Epithel durch schrittweise Interkalation ein einreihiger Stalk gebildet der die wachsenden Eikammern miteinander verbindet.
Mit Hilfe von genetischen Manipulationen und ex vivo Lebendzellmikroskopie untersuchen wir diverse Fragen in Bezug auf Zellinterkalation:Wie koordinieren Zellen ihre Bewegung und die nötige Kraft während der Interkalation? Wie wird die Richtung der Interkalation festgelegt? Wie ist die Interkalation auf der transkriptionellen Ebene reguliert?
Fehlregulation zellulärer Proliferation führt häufig zur Entwicklung von Tumoren. Wir untersuchen die onkogene Aktivierung der Hh und des EGFR-RAS Signalwege anhand des Drosophila Follikelepithels. Mittels single-cell Transkriptomanalyse konnten wir kürzlich die Effekte der Überaktivierung dieser Signalwege beschreiben und zeigen wie die kombinierte Aktivierung dieser Signalwege zu Follikelzelltumoren führt. Bild: Follikelzell-spezifische Aktivierung von Hh und EGFR oder RAS induziert Tumorwachstum in adulten Ovariolen.
Die Kachexie ist eine Begleiterscheinung bei vielen Krebserkrankungen und zeichnet sich durch systemische Stoffwechselveränderungen sowie einen Verlust von Fett- und Muskelgewebe aus. Sie betrifft bis zu 80% aller Krebspatienten, vermindert die Lebensqualität, den Behandlungserfolg und ist in etwa 25% die direkte Ursache des Patiententods. Kachexie ist aktuell nicht behandelbar. Wir nutzen Drosophila melanogaster als genetisch modifizierbares Modell das die Untersuchung dieser systemischen Erkrankung anhand eines ganzen Organismus, innerhalb kurzer Zeit und mit minimalen ethischen Bedenken ermöglicht. Mittels unseres kürzlich beschriebenen Tumormodells untersuchen wir wie Krebszellen mit den ansonsten gesunden Geweben kommunizieren und in diesen metabolischen Veränderungen hervorrufen.
Rust, K., Schubert, A., Peralta, J.M., and Nystul, T.G. (2025). Independent signaling pathways provide a fail-safe mechanism to prevent tumorigenesis. bioRxiv, 2025.02.28.640798. https://doi.org/10.1101/2025.02.28.640798.
Holtwick, V., Schubert, A., and Rust, K. (2024). Distinct non-occluding functions of septate junction components in signaling pathway regulation and cell polarity during epithelial development. bioRxiv, 2024.09.06.611635. https://doi.org/10.1101/2024.09.06.611635.
Hirschhäuser, A., Molitor, D., Salinas, G., Großhans, J., Rust, K., and Bogdan, S. (2023). Single-cell transcriptomics identifies new blood cell populations in Drosophila released at the onset of metamorphosis. Development. https://doi.org/10.1242/dev.201767.
Li, H., Janssens, J., De Waegeneer, M., Kolluru, S.S., Davie, K., Gardeux, V., Saelens, W., David, F.P.A., Brbić, M., Spanier, K., et al. (2022). Fly Cell Atlas: A single-nucleus transcriptomic atlas of the adult fruit fly. Science 375, eabk2432. https://doi.org/10.1126/science.abk2432.
Lehne, F., Pokrant, T., Parbin, S., Salinas, G., Großhans, J., Rust, K., Faix, J., and Bogdan, S. (2022). Calcium bursts allow rapid reorganization of EFhD2/Swip-1 cross-linked actin networks in epithelial wound closure. Nat. Commun. 13, 2492. https://doi.org/10.1038/s41467-022-30167-0.
Rust, K., and Wodarz, A. (2021). Transcriptional Control of Apical-Basal Polarity Regulators. Preprint, https://doi.org/10.3390/ijms222212340 https://doi.org/10.3390/ijms222212340.
Rust, K., Byrnes, L.E., Yu, K.S., Park, J.S., Sneddon, J.B., Tward, A.D., and Nystul, T.G. (2020). A single-cell atlas and lineage analysis of the adult Drosophila ovary. Nat. Commun. 11, 5628. https://doi.org/10.1038/s41467-020-19361-0.
Rust, K., and Nystul, T. (2020). Signal transduction in the early Drosophila follicle stem cell lineage. Current Opinion in Insect Science 37, 39–48. https://doi.org/10.1016/j.cois.2019.11.005.
Rust, K., Tiwari, M.D., Mishra, V.K., Grawe, F., and Wodarz, A. (2018). Myc and the Tip60 chromatin remodeling complex control neuroblast maintenance and polarity in Drosophila. EMBO J. 37. https://doi.org/10.15252/embj.201798659.
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Dr. Katja Rust Institut für Physiologie und Pathophysiologie Abteilung Molekulare Zellphysiologie Emil-Mannkopff-Str. 2 35037 Marburg
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