Engineering von Zellidentitäten­ und Krankheitsmodellen

  • Zell- und Tumorbiologie
Dr. Moritz Mall

Dr. Moritz Mall

Abteilungsleiter

Was macht eine Zelle zu dem, was sie ist – und wie bewahrt sie ihre Identität? Wir erforschen, wie Zellidentität entsteht und stabil bleibt und wie ihr Verlust zu Krebs, neurologischen Entwicklungsstörungen und Alterung beiträgt. Wir entschlüsseln die Faktoren der Zellidentität und nutzen sie, um menschliche Zellen gezielt umzuprogrammieren – etwa Blutzellen zu Nervenzellen und Gehirn-Organoiden. So entstehen neue Einblicke und Therapieansätze.

Das Bild zeigt eine mikroskopische Aufnahme eines Zellclusters, der in verschiedenen Farben leuchtet, darunter Pink, Grün und Blau. Die Zellen sind in unterschiedlichen Größen und Formen angeordnet, was eine komplexe Struktur und möglicherweise biologische Aktivitäten anzeigt. Eine Maßstabskurve von 200 µm ist sichtbar.

Bild: © Mall lab

Unsere Forschung

Waddingtons „epigenetische Landschaft“, die epigenetische Plastizität als Landschaft aus Tälern und Hügeln veranschaulicht. Die physiologische Differenzierung entlang des Plastizitätsgradienten wird einer abnormalen Dedifferenzierung gegenübergestellt, bei der Zellen in einen plastischeren Zustand zurückkehren.

Jede Zelle unseres Körpers trägt dasselbe Erbgut – und doch unterscheiden sich eine Nervenzelle, eine Muskelzelle und eine Leberzelle grundlegend. Die Identität einer Zelle wird von Transkriptionsfaktoren gesteuert. Diese molekularen Hauptschalter aktivieren die richtigen Gene und halten die falschen Gene stumm. Dennoch können Zellen zwischen verschiedenen Zuständen wechseln, eine Eigenschaft, die man zelluläre Plastizität nennt. Sie ist für Entwicklung und Regeneration unverzichtbar. Gerät sie außer Kontrolle, trägt sie jedoch zur Entstehung von Krankheiten bei.

Indem wir untersucht haben, wie sich ein Zelltyp in einen anderen umwandeln lässt, haben wir ein neues Prinzip entdeckt und das Konzept der „Wächter-Repressoren“ eingeführt: Faktoren, die die Genprogramme anderer Zelltypen fortlaufend unterdrücken und so die Identität einer Zelle schützen. In Nervenzellen übernimmt MYT1L diese Rolle: Es blockiert zahlreiche alternative Identitäten, mit Ausnahme der neuronalen. Wir untersuchen, was geschieht, wenn solche Schutzmechanismen versagen: bei Krebs, bei neurologischen Entwicklungsstörungen und im Alter.

“Unsere Mission ist es, die Mechanismen zu verstehen, die die Zellidentität bestimmen und bewahren, um Krankheiten zu modellieren und zu behandeln, die auf unkontrollierter zellulärer Plastizität beruhen.”

Dr. Moritz Mall | Abteilungsleiter

Zelluläre Plastizität im Krebs

Die Abbildung zeigt einen Prozess in mehreren Phasen, der von einer einheitlichen Zellstruktur über einen Identitätsverlust und Krebsentstehung bis hin zum Wiederauftreten nach Therapie reicht. Der Verlauf verdeutlicht die zunehmende Heterogenität der Zellen.

Die Herausforderung

Entfesselte zelluläre Plastizität gilt als Kennzeichen des Krebses. Tumorzellen verlieren ihre ursprüngliche Identität, nehmen stammzellähnliche Eigenschaften an und wechseln zwischen verschiedenen Zuständen. Diese Plastizität hilft ihnen zu wachsen und sich der Behandlung zu entziehen. Das Glioblastom, der aggressivste Hirntumor bei Erwachsenen, und Leberkrebs, eine der weltweit häufigsten Krebstodesursachen, sind dafür Paradebeispiele.

Unser Ansatz

Wir entschlüsseln, wie Wächter-Repressoren Zellen in Schach halten und wie Tumoren sich ihnen entziehen. Wir konnten zeigen, dass die Wiederherstellung solcher Schutzfaktoren das Wachstum und die Wandlungsfähigkeit von Tumoren bremsen kann. Darauf aufbauend verfolgen wir eine „Lock-and-Kill“-Strategie: Krebszellen werden zunächst in einem stabilen, verwundbaren Zustand fixiert und anschließend mit etablierten Therapien wie Chemo- und Strahlentherapie ausgeschaltet.
 

Ausgewähnte Publikationen

2025 - biorvix (Preprint)
2025 - Nat Genet 57, 668–679 (2025)

Modellierung neurologischer Entwicklungsstörungen

Eine schematische Darstellung von personalisierter Medizin. Links ein Mensch mit einer zellulären Darstellung im Kopf, daneben ein Bluttest. In der Mitte ein Labor mit Proben. Unten zwei Petrischalen: eine mit einer zellulären Struktur, die andere mit Neuronen.

Die Herausforderung

Neurologische Entwicklungsstörungen wie Autismus oder geistige Behinderung betreffen Millionen Menschen und haben sehr vielfältige genetische Ursachen. Lebende Gehirnzellen von Betroffenen sind praktisch unzugänglich, und gezielte Therapien fehlen weitgehend.

Unser Ansatz

Wir erzeugen menschliche Nervenzellen und Gehirn-Organoide aus Stammzellen, darunter von Patientinnen und Patienten stammende sowie gezielt genetisch veränderte Zelllinien, und kombinieren diese mit genetischen Mausmodellen, um zu entschlüsseln, wie Risikogene die Identität und Funktion von Nervenzellen stören. Am Beispiel des MYT1L-Syndroms konnten wir zeigen, dass der Verlust eines neuronalen Wächters zu Nervenzellen mit „verwirrter“ Identität und veränderter Aktivität führt. Einige dieser Veränderungen ließen sich mit einem zugelassenen Medikament umkehren, sogar nach Abschluss der Hirnentwicklung. Ob dies Patientinnen und Patienten hilft, muss noch in klinischen Studien geprüft werden. Diesen Ansatz übertragen wir nun auf weitere Risikogene und Therapiestrategien.

Ausgewählte Publikationen

2023 - Mol Psychiatry 28, 2122–2135
2022 - Molecular Autism 13, 19

Zelluläre Plastizität und Altern

Illustration, die den Vergleich zwischen stabiler und gestörter Zellidentität darstellt, in Verbindung mit dem Alterungsprozess. Links sind gesunde Zellen und Schutzsymbole abgebildet, rechts zeigen beschädigte Zellen sowie eine reduzierte Widerstandsfähigkeit. In der Mitte steht eine Figur eines Menschen, die das Thema verdeutlicht.

Die Herausforderung

Die meisten Nervenzellen entstehen vor der Geburt und müssen ihre Identität ein Leben lang bewahren. Mit zunehmendem Alter lassen die Mechanismen nach, die diese Identität schützen, und Zellen können in weniger funktionsfähige Zustände abgleiten. Ein solcher Identitätsverlust wird zunehmend mit dem Altern und mit neurodegenerativen Erkrankungen wie Alzheimer in Verbindung gebracht. Ob er Ursache oder Folge des Alterns ist, ist jedoch unbekannt.

Unser Ansatz

Wir untersuchen, ob neuronale Wächter wie MYT1L im Alter schwächer werden und ob der daraus resultierende Identitätsverlust die Nervenzellalterung vorantreibt. Außerdem erforschen wir, ob sich alternde Nervenzellen durch eine Stärkung ihrer Zellidentität gesund erhalten lassen – als Alternative zu Verjüngungsstrategien, die die Zellidentität vorübergehend lockern.

Ausgewählte Publikationen

2017 - Nature 544, 245–249

Unser Team

Wir sind ein internationales Team, das Stammzellbiologie, molekulare Neurobiologie, Cancer Neuroscience und computergestützte Biologie verbindet. Gute Wissenschaft entsteht für uns im Austausch: Wir arbeiten eng mit interdisziplinären Partnern am DKFZ, in Heidelberg und darüber hinaus zusammen und teilen unsere Methoden und Protokolle offen.

Zu unseren Methoden zählen zelluläre Reprogrammierung, aus Stammzellen gewonnene menschliche Nervenzellen und Gehirn-Organoide, konditionale Mausmodelle, Chromatin-Analysen, Einzelzell Multi-omics und Messungen elektrischer Netzwerkaktivität.

Die Förderung junger Forschender steht für uns im Mittelpunkt. Interesse? Promovierende bewerben sich über das Internationale PhD-Programm des DKFZ, Postdocs über das Internationale Postdoc-Programm oder direkt bei Moritz Mall.

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    Dr. Moritz Mall

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    Dr. Tosca Dalessi

    Postdoktorandin

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    Lennart Dignas

    Masterstudent

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    Güniz Göze Eren

    Postdoktorandin

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    Tim Kindinger

    Labormanager

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    Dylan Knopf

    Auszubildender

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    Louis Masclef

    Postdoktorand

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    Laura Rueda Gensini

    PhD-Studentin

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    Nathan Trausch

    PhD-Student

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    Jule Truberg

    PhD-Studentin

Ausgewählte Publikationen und Preprints

2025 - bioRxiv
2025 - Nature Genetics
2023 - Molecular Psychiatry
2017 - Nature
Alle Publikationen

Aus der Abteilung Mall

Alumni

Seit unserer Gründung im Jahr 2018 als Nachwuchsgruppe haben zahlreiche Wissenschaftler:innen, Studierende und Mitarbeitende unser Team geprägt. Ihr Engagement hat maßgeblich zu den wissenschaftlichen Erfolgen unserer Gruppe und ihrer Weiterentwicklung zur Abteilung im Jahr 2026 beigetragen. Auf dieser Seite finden Sie alle ehemaligen Mitglieder unserer Arbeitsgruppe sowie ihre jeweilige Funktion während ihrer Zeit bei uns.

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