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Forschungsgruppe
Research Group
Muskeldynamik
Kleine Kraftpakete
Muscle Dynamics
Small Power Packs
D r. F r a n k S c h n o r r e r
E
Dr. Frank Schnorrer
[email protected]
www.biochem.mpg.de/schnorrer
Zeitraffer der Muskelbildung: In der
Drosophila-Puppe bilden sich die
Muskeln der erwachsenen Fliege aus
runden Myoblasten, die zu Muskelfasern
fusionieren. Zeitangabe in Stunden.
Time lapse imaging of muscle formation:
In the Drosophila pupa the muscles of
the adult fly form from round myoblasts,
which fuse into muscle fibers. Time
specification in hours.
ine Berühmtheit aus der Forschung zu treffen,
ist zumindest im Sommer kein Problem: Die
nur wenige Millimeter große Fruchtfliege wird
von reifem Obst magisch angezogen. Drosophila
melanogaster gehört aber auch zu den wichtigsten genetischen Modellorganismen. Im Labor von
Frank Schnorrer spielt sie sogar die Hauptrolle.
Den Biochemiker und seine Arbeitsgruppe „Muskeldynamik“ interessiert, wie sie ihre vielfältigen
Verhaltensweisen ausführen kann. Die Tiere müssen als Larven kriechen und fressen, später nicht
nur aus einem Kokon schlüpfen, sondern auch laufen, balzen, Nahrung aufnehmen – und nicht zuletzt auch fliegen können. Möglich macht dies ein
komplexes Netz aus Muskeln, Sehnen und dem
Außenskelett.
In der Fruchtfliege lässt sich im Detail verfolgen, wie sich Muskeln an der richtigen Stelle im
Körper entwickeln und auf ihre korrekte Größe
anwachsen. Bildgebende Verfahren zeigen dabei
die Muskeldynamik im Zeitraffer – und dies im
lebenden Tier. Am Anfang steht die Fusion von
Myoblasten. Das sind undifferenzierte Vorläuferzellen der Muskelfasern, aus deren Vereinigung
mehrkernige Myotuben entstehen. Diese wiederum wandern zu ihrem Zielort und verbinden sich
M
eeting a celebrity from the world of
research is not difficult, at least in summer:
The fruit fly – merely a few millimeters long – is
magically attracted to overripe fruit. Moreover,
Drosophila melanogaster belongs to one of the
most important genetic model organisms. In the
laboratory of Frank Schnorrer it even plays the
starring role. The biochemist and his research
group “Muscle Dynamics” are interested in how
the fruit fly is able to perform its multifaceted
kinds of behavior. As larvae the animals must
crawl and eat, later they not only have to slip out
of the pupa, but also run, mate, take in food –
and last but not least they must also fly. This is
made possible by a complex network of muscles,
tendons and the exterior skeleton.
In the fruit fly researchers are able to observe in
detail how the muscles develop at the right place
in the body and then grow to their correct size.
Imaging procedures show the muscle dynamics
in time lapse – and this in the living animal. At
the beginning the undifferentiated precursor cells
of muscle fibers – the myoblasts – fuse together,
allowing them to form multinuclear myotubes.
These in turn migrate to their target site and bind
there with cells of the tendons to become the
Ein genetisches Programm
ist für die Entwicklung
verschiedener Muskelzellen
der Taufliege verant­wortlich
(Flugmuskeln in blau,
Beinmuskeln in grün).
A genetic program is
responsible for the development
of different muscle cells in the
fruit fly (flight muscles in blue,
muscles of the leg in green).
dort mit Zellen der Sehnen zum Außenskelett.
Die zugrundeliegenden molekularen Mechanismen dieses Prozesses werden mit Hilfe genetischer Methoden entschlüsselt.
So konnte Schnorrer im Drosophila-Embryo
einen wichtigen Faktor identifizieren, der bei der
Zielsuche der Myotuben eine entscheidende Rolle spielt. Kon-tiki sitzt in der Spitze der Myobtuben, die mit Hilfe dieses Proteins die Sehnenzellen erkennen und stabil an sie binden. Erst nach
diesem Schritt bilden sich ausdifferenzierte Muskelzellen, in denen sich Sarkomere entwickeln.
Das sind die kleinsten funktionalen Einheiten des
Muskels, die wie Minimaschinen die Muskeln
kontrahieren können. Schnorrer und sein Team
versuchen nun, die Gesamtheit der molekularen
Faktoren zu identifizieren, die die verschiedenen
Muskeltypen in der Fliege bilden.
Drosophila-Flügel schlagen mit hoher Kraft
200 Mal pro Sekunde. Für diese sehr schnellen
Kontraktionen sind hochspezialisierte Flugmuskeln notwendig, deren Bildung die Forscher per
High-Tech-Mikroskopie in der lebenden FliegenPuppe verfolgen. Ein molekularbiologischer Ansatz erlaubte vor kurzem die Identifizierung des
entscheidenden Genschalters für Entwicklung
dieser speziellen Flugmuskeln: das Gen „Spalt“.
Wird „Spalt“ in den Muskeln ausgeschaltet, sind
die Tiere zwar lebensfähig, können aber nicht
mehr fliegen.
external skeleton. The researchers use genetic
methods to decipher the underlying molecular
mechanisms of this process.
Thus, Schnorrer was able to identify an
important factor in the Drosophila embryo which
plays a decisive role in the target site search of
the myotubes. Kon-tiki is located at the tip of
the myotubes and is important for recognition of
the tendon cells by the myotubes. It is not until
after this step that the differentiated muscle cells
form, in which sarcomeres develop. These are the
smallest functional units of the muscle, which
like mini-machines can contract the muscles.
Schnorrer and his team are now attempting to
identify all of the molecular factors that build the
different muscle types of the fly.
Drosophila flaps its wings 200 times per
second at high mechanical power. These fast
contractions require highly specialized flight
muscles, whose formation is followed by the
scientists with high-tech microscopy in living
pupae. Recently, a molecular biology approach
enabled the identification of the crucial geneswitch for fast flight muscles: the gene “Spalt”.
When “Spalt” is inactivated in flight muscle, the
animals are viable but can no longer fly.
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Dr. Frank Schnorrer
1999 - 2002 PhD in Biology at the MPI for Developmental Biology, Tübingen
2003 - 2007 Postdoctoral fellow at the Research Institute of Molecular Pathology (IMP), Vienna
since 2008 Research Group Leader at the MPI of Biochemistry
In 2009, Frank Schnorrer received the “Career Development Award” of the international research program “Human
Frontier Science Program (HFSP)“.
In 2012, Frank Schnorrer was elected as an EMBO Young Investigator.
Selected Publications
Schönbauer C., Distler J., Jährling N., Radolf M., Dodt HU., Frasch M. and
Schnorrer F. (2011). “Spalt mediates an evolutionary conserved switch to
fibrillar muscle fate in insects.” Nature, 479, 406-9
Schnorrer F., Schönbauer C., Langer CCH., Dietzl G., Novatchkova M., Schernhuber K., Fellner M., Azaryan A., Radolf M., Stark A., Keleman K., and Dickson BJ.
(2010). “Systematic genetic analysis of muscle morphogenesis and function in
Drosophila.” Nature, 464, 287-91.
Schnorrer F., Kalchhauser I. and Dickson BJ.(2007). “The transmembrane
protein Kon-tiki couples to Dgrip to mediate myotube targeting in Drosophila.”
Dev Cell 12, 751-66.