Material properties of cellular organelles

Vortragsreihe "BHT Young Scientist Minds" mit Mirko Pleitner

Datum: 03.02.2022

Beginn: 09:00 Uhr

Ende: 10:00 Uhr


Material properties of cellular organelles

Predominantly, biological life depends on cell proliferation, a process by which a cell grows and divides. Essential for healthy cell growth is the ability to transcribe and translate genetic information as well as inherit the genome onto daughter cells. This makes specific spatial temporal arrangements of the DNA and its compaction essential for cell proliferation and procreation. Two cellular organelles are prerequisite to ensure these tasks. The nucleus maintains the integrity of genes and controls the activities of the cell by regulating gene expression. During cell division,  chromosomes are reliably segregated by a molecular machine called the mitotic spindle. Both, the mitotic spindle and the nucleus are mechanical objects. Despite their importance for cellular health - their abnormal size or shape are hallmarks of many cancers - our mechanistic understanding of processes regulating their geometry and material properties are still rudimentary.

Through the use of a novel marker-free 3D imaging technique, optical diffraction tomography (ODT) (developed in cooperation with the lab of Jochen Guck at the Max Planck Institute for the Physics of Light), my preliminary data show that the mass density of both, the nucleus and the metaphase spindle decreases during the differentiation of mouse embryonic stem cell (mESCs) into neural progenitor cells (NPCs). Additionally, a first attempt successfully perturbed the spindle mass density of the metaphase spindle in mESCs.

Future investigations aim to understand associated molecular pathways that induce these changes, which will provide important insights into how dysregulation of size and/or material properties contribute to cellular pathologies and disease.

Materialeigenschaften von zellulären Organellen

Das biologische Leben basiert vorrangig auf Zellproliferation, dem Prozess bei dem Zellen wachen und sich teilen. Essential für gesundes Wachstum ist die Eigenschaft genetische Informationen sowohl zu transkribieren und translatierten als auch gleichermaßen auf die Tochterzellen weiter zu vererben. Der Zellproliferation und Reproduzierung geht eine essentielle, räumliche Anordnung der DNA und ihrer Verdichtung voraus. Zwei zellulären Organellen haben dafür die Hauptvoraussetzung inne. Der Zellkern erhält dabei die Integrität der Gene und kontrolliert die Zellaktivität durch die Regulierung der Genexpression. Während der Zellteilung, werden Chromosomen zuverlässig voneinander getrennt - durch die mitotische Spindel, eine selbstorganisierte molekulare Maschinerie. Beides, die mitotische Spindel als auch der Zellkern sind Objekte mit mechanischen Eigenschaften. Das Wissen über ihr Mitwirken zur Zellgesundheit, welches verknüpft ist mit der Regulierung ihrer Geometrie und Materialeigenschaften, ist zum jetzigen Zeitpunkt rudimentär, jedoch ist  eine Veränderung der Größe oder Form ein typisches Kennzeichen für vielzählige Krebsarten.

Durch die Verwendung einer neuartigen markerfreien 3D bildgebenden Technologie, der optischen Beugungstomographie (ODT), welche in kooperativer Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe von Jochen Guck am Max Planck Institute für die Physik des Lichts entwickelt wurde, zeigen meine vorläufigen Daten, dass die Dichte beider, die des Zellkernes und die der metaphasischen Spindel,  während der Differenzierung von embryonalen Stammzellen der Maus (mESCs) zu neuralen Vorläuferzellen abnimmt. Zusätzlich konnten erster Ansatzes die erfolgreiche Pertubation der Massendichte der Spindel zeigen.

Zukünftige Untersuchungen sind dahingegen ausgelegt, die dafür verantwortlichen molekularen Wege zu ergründen und somit wichtige Einblicke zu geben, inwiefern die Dysregulation von Größe und/oder Materialeigenschaften zu zellulären Pathologie und Krankheitsausbildung beitragen.

 

Zur Person

Mirko Pleitner promoviert seit Februar 2021 im Fachbereich V - Life Sciences & Technology - bei Prof. Dr Simone Reber, Professorin für Biochemie (Quantitative Biology). Herr Pleitner promoviert auf einer Qualifizierungsstelle.


 

Was ist BHT Young Scientist Minds?

Im Wintersemester 2021/2022 findet alle 2 Wochen donnerstags von 9:00 - max. 10:30 Uhr das digitale Kolloquium "BHT Young Scientist Minds" statt, in dem unsere jungen klugen Köpfe der BHT, unsere Nachwuchswissenschaftler*innen, sich und ihre spannenden Promotionsprojekte präsentieren. Aus allen Fachbereichen stellen pro Termin 1-2 Promovierende der BHT ihre Forschung in einem 20-30 minütigen Vortrag auf Deutsch oder Englisch vor. Anschließend soll offen und nach Herzenslust gefragt und diskutiert werden.

An folgenden Terminen findet das Kolloquium statt: 14.10.2021, 28.10.2021, 11.11.2021, 25.11.2021, 09.12.2021, 06.01.2022, 20.01.2022, 03.02.2022

Organisiert wird die Veranstaltungsreihe vom Promotionsbüro als Teil des Zentrums für Forschung und Innovation. Ziel ist es, den wissenschaftlichen Austausch zu unterschiedlichen Forschungsthemen zu erhöhen und die Promovierenden und Ihre Forschung an der BHT sichtbarer zu machen. So soll auch insgesamt der wissenschaftliche interdisziplinäre Forschungsaustausch an der Hochschule weiter gestärkt werden.

Wer kann teilnehmen?

Teilnehmen können alle Hochschulangehörigen der BHT. Bitte melden Sie sich hier für die Teilnahme am 03.02.2022 an:

Meeting-Registrierung - Zoom


Weitere Termine

27.10.2021 - 31.01.2022

Im Haus Grashof wird die Ausstellung „Die Moderne in Berlin, Ankara und der Welt“ gezeigt.

19.01.2022 - 22.01.2022

Impfung gegen Covid-19, wahlweise mit Biontech oder Moderna

26.01.2022 11:30 Uhr

Informationsveranstaltung des Referates Internationale Angelegenheiten