Directional sensing and chemotaxis in eukaryotic cells - a quantitative study

Abstract

Wir untersuchen die Mechanismen eukaryotischer Chemotaxis am Beispiel des Modelorganismus Dictyostelium discoideum. Zunächst stellen wir ein theoretisches Modell für Directional Sensing vor, das auf einer Kopplung zwischen einem Aktivator-Inhibitor Mechanismus (lokale Aktivierung/globale Inhibierung) und bistabilen Reaktionskinetiken basiert. Der Übergang zwischen den beiden stabilen Zuständen wird dabei durch intrazelluläres Rauschen getrieben. Desweiteren werden verschiedene Modelle für Directional Sensing mit Experimenten verglichen. Dazu setzen wir einzelne D. discoideum Zellen Gradienten und gleichförmigen Konzentrationen des Chemoattraktants cAMP aus und verfolgen gleichzeitig die intrazelluläre Dynamik des Directional Sensing mit Hilfe des Markers PHCRAC-GFP. Gradienten von cAMP werden dabei mit einer Kombination von Photo-uncaging und Mikrofluidik erzeugt. Im letzten Teil der Arbeit korrelieren wir die chemotaktische Motilität von D. discoideum in linearen cAMP-Gradienten mit dem Signal-Rausch-Verhältnis aktivierter sekundärer Botenstoffe. Zur genaueren Charakterisierung chemotaktischer Motilität benutzen wir hier eine Langevin-Gleichung, deren Parameter aus den experimentellen Daten bestimmt werden und mit deren Hilfe chemotaktische Zellbewegung modelliert werden kann.