Das Magazin - Ausgabe 03 - Systembiologie

Abbildung 4: Photoschaltbare Sonden in Verbindung mit Single-Particle-Tracking
Biomoleküle, die mit photoaktivierbaren Sonden markiert wurden ((A), TNF Rezeptor 1 markiert mit dem fluoreszierenden Protein tdEOS), können selektiv aktiviert und
ihre Trajektorien in lebenden Zellen verfolgt werden (B, C). Aus den einzelnen Trajektorien können dynamische Parameter wie beispielsweise Diffusionskoeffizienten
errechnet werden (D, E), welche Informationen zu Interaktionen, Aggregation und Heterogenität liefern (MCD = Methylcyclodextrin). (Bild: Meike Heidbreder, Julius-
Maximilians-Universität Würzburg).
den (ms) und einer Ortsgenauigkeit weniger Nanometer (nm). So
kann beispielsweise die Mobilität eines Membranrezeptors vor
und nach Aktivierung durch ein Signalmolekül untersucht und
Rückschlüsse auf Multimerisierung oder Internalisierung getroffen
werden. Ferner können Protein-Protein-Wechselwirkungen
als auch die Abhängigkeit von der Membran-Heterogenität untersucht
und die Mobilität von Biomolekülen bspw. auf Membranen
„kartographiert“ werden (Abb. 4).
Ausblick: Auf dem Weg zu molekularer Auflösung
Die Entwicklung neuartiger mikroskopischer Verfahren ermöglicht
bereits heute einen neuen Blick auf zelluläre Strukturen
und Interaktionen. Hochauflösende Verfahren in Verbindung
mit Einzelmolekülmethoden können hier eine neue Qualität an
quantitativen Daten bieten, zum Studium zellulärer Strukturen
und Dynamiken sowie biomolekularer Wechselwirkungen. So ist
es bereits gelungen, diese Techniken zur Beobachtung und Quantifizierung
einzelner Schritte zellulärer Signalkaskaden einzusetzen.
Die hierbei entwickelten experimentellen und analytischen
Ansätze können in Zukunft auf ähnliche Prozesse angewendet
werden, und ermöglichen eine Verfeinerung bisheriger systembiologischer
Modelle sowie die Gewinnung neuer Erkenntnisse zur
Regulation zellulärer Prozesse.
Steckbrief Forschungsprojekt:
Projektname: FORSYS-PARTNER Nachwuchsgruppe „Fluorescence
Techniques for Quantitative Studies of Virus-Cell Interactions“
Beteiligte Partner:
ViroQuant, Universität Heidelberg
Kooperationen:
Prof. Christian Kaltschmidt, Prof. Barbara Kaltschmidt,
Dr. Darius Widera,
Universität Bielefeld;
Dr. Jean-Baptiste Sibarita, Dr. Deepak Nair, Prof. Daniel Choquet,
Universität Bordeaux;
Prof. Hans-Georg Kräusslich, PD Dr. Walter Muranyi,
Universitätsklinikum Heidelberg.
Referenzen:
Endesfelder, U.; van de Linde, S.; Wolter, S.; Sauer, M & Heilemann,
M. (2010) Subdiffraction-Resolution Fluorescence Microscopy
of Myosin-Actin Motility. ChemPhysChem, 11, 836-840.
Heilemann, M. (2010). Fluorescence microscopy beyond the diffraction
limit. J. Biotech 149, 243-251.
Heilemann, M.; van de Linde, S.; Schüttpelz, M.; Kasper, R.; Seefeldt,
B.; Mukherjee, A.; Tinnefeld, P. & Sauer, M. (2008). Subdiffraction-Resolution
Fluorescence Imaging with Conventional
Fluorescent Probes. Angew. Chemie 47, 6172-6176.
van de Linde, S.; Sauer, M. & Heilemann, M. (2008) Subdiffraction-Resolution
Fluorescence Imaging of Proteins in the Mitochondrial
Inner Membrane with Photoswitchable Fluorophores.
Journal of Structural Biology 164, 250-254.
Wombacher, R.; Heidbreder, M.; van de Linde, S.; Sheetz, M. P.;
Heilemann, M.; Cornish, V. W. & Sauer, M. (2010) Live-cell superresolution
imaging of core histones with trimethoprim conjugates.
Nature Methods 7, 717-719.
Kontakt:
Sebastian Malkusch (Dipl. Biophysik),
Ulrike Endesfelder (Dipl. Physik),
Meike Heidbreder (M. Sc. Biologie),
Prof. Dr. Mike Heilemann
Single-Molecule Biology
Department of Biotechnology & Biophysics
Julius-Maximilians-Universität Würzburg
Internet-Homepage der Nachwuchsgruppe:
www.physik.uni-bielefeld.de/mh
www.systembiologie.de
Forschung Fluoreszenznanoskopie mit schaltbaren Fluoreszenzsonden
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