Jahresbericht 2003 - Leibniz Institute for Age Research

Arbeitsgruppe Greulich
3. Mikroskopie und Mikrotechniken
Mitarbeiter: S. Monajembashi, B. Perner
Finanzierung: Haushalt-IMB
Kooperationen: U. Lütz Meindl. B. Holzinger, Salzburg, M. Hausmann, Freiburg
Die technologiegetriebenen Aktivitäten der Gruppe beinhalten die Nutzung optischer Mikromanipulation
(Lasermikrostrahl und optische Pinzette) in Zell- und Molekularbiologie. In den
späten 1980’er Jahren, hat die Gruppe als erste außerhalb der USA die optische Pinzette
benutzt und als erste weltweit vollständige optische Mikromanipulation. In neueren Experimenten
wurden Kalziumwellen in rekonstituiertem Gewebe aus Hühnerembryo-Cardiomyocyten
nach Stimulation entweder mit dem Mikrostrahl oder mit der optischen Pinzette studiert.
Während die Beobachtung von Kalziumwellen im Gewebe von erregbaren Zellen keine
Überraschung war, war die Beobachtung einer ähnlichen, obwohl quantitativ geringer, Wirkung
in (nominell nicht-erregbaren) Fibroblasten - Monoschichten unerwartet. Fibroblasten
sind die Hauptbestandteile von Narben in einem Herzen nach Infarkt, die normalerweise
Kalziumwellen brechen, welche das Schlagen des Herzens koordinieren. Deshalb ist es
interessant, Wirkstoffe zu finden, die die Kalziumwellentransparenz von Narben verbessern.
4. Einzelmolekül Dynamik und Reaktionen
Mitarbeiter: L. Wollweber, H. Gemeinhardt, S. Hoffmann
Finanzierung: Haushalt-IMB
Kooperationen: U. Fischer, Uni Münster
Eine zusätzliche Anwendung der Optischen Pinzette entspringt aus der Möglichkeit, Micrometer-große
Polystyren Kügelchen zu halten und zu handhaben. Wenn unter passenden
stöchiometrischen Bedingungen ein Fluoreszenz – markiertes DNA Molekül an so einem
Kügelchen befestigt wird, kann das einzelne DNA Molekül auf diese Weite „in die Hand“
genommen werden. So kann man zum Beispiel biophysikalische Eigenschaften von einzelnen
DNA Molekülen in Flüssigkeit beobachten, lediglich durch optische Untersuchungen im
Mikroskop. DNA tendiert zum Beispiel dazu, unter physiologischen Bedingungen zu globulären
Strukturen zu kollabieren. Aus Federkonstanten - Daten eines solchen Kollapses kann
man schließen, dass durch „minor groove binders“, welche oft Kandidaten für Pharmazeutika
sind, die Steifheit einzelner DNA Moleküle vergrößert wird. Wenn Restrikionsendonucleasen
wie Apa 1, Sma 1 oder Eco RI vorhanden sind, kann ein einzelnes DNA Molekül aufgrund
des Schneidemuster erkannt werden. Eine Perspektive dieser Technik ist die Unterscheidung
der DNA von gesunden und kranken Spendern auf Einzelmolekülbasis.
5. Biomolekulare Motoren und Zytoskelett
Mitarbeiter: E. Unger, K.J. Böhm, M. Hartmann, I. Prots, N. Kalchishkova, J. Beeg,
R. Sachse, M. Wollmann, T. Stoiber, V. Nechiporuk-Zloy, R. Stracke,
G. Meyer zu Hörste, C. Beck, H. Wolfram
Projekte: 8 verschiedene mit BMBF, EU, Industrie, Stiftung Herzforschung, EU/CEFIC
Kooperationen: 14 verschiedene mit BMBF, EU, Universitäten, Industrie und Stiftungen
Die Aktivitäten von biomolekularen Linearmotoren, insbesondere der durch Kinesin generierte
Transport von Organellen und artifiziellen Lasten entlang von Mikrotubuli, werden gewöhnlich
auf Einzelmolekülbasis sowie mittels in vitro Modellen untersucht. Erhaltene Ergebnisse
sind auf zellulärer Ebene oder in Geweben zu verifizieren. Grundsätzliche molekulare Bewegungsvorgänge
werden mittlerweile gut verstanden, besonders die der Regulation zu Grunde
liegende Mechanismen bedarf aber intensiver weiterer Untersuchungen. Mit eigenen Arbeiten
(E. Unger, K. Böhm) gelingt es, 2D und 3D Systeme des mikrotubulären Zytoskeletts in
vitro zu etablieren und Bewegungs- sowie Transportmechanismen von Lasten (einschließlich
isolierter Organellen) zu charakterisieren. Das gilt insbesondere für den Transport zu definierten,
vorbestimmten Zielen und das Sortieren von molekularen, nano- und mikrometerdimensionierten
Partikeln und Ladungen mittels Laserpinzette. Die Nutzung solcher Modelle
für nanoaktuatorische Vorrichtungen gelingt. Von besonderem Interesse ist das Verständnis
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