Konfokales Laserscanning-Mikroskop
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das CLSM wurde von den Lehrstühlen für Zellbiologie und Pflanzenbiochemie, Entwicklungsbiologie, Biochemie, Genetik und Mikrobiologie beantragt. Hauptnutzer mit fast 60% sind die Arbeitsgruppen (AGs) des Lehrstuhls für Zellbiologie und Pflanzenbiochemie weshalb insbesondere auf deren Forschungsergebnisse eingegangen wird. Es soll aber betont werden, dass das Gerät - welches das meist-genutzte Gerät in der Fakultät für Biologie und Vorklinische Medizin ist - auch von den anderen Lehrstühlen und regelmäßig nach Einweisung auch von AGs der Medizinischen Fakultät benutzt wird. Am Lehrstuhl für Zellbiologie und Pflanzenbiochemie ist das gekaufte CLSM ein Kernsystem welches in fast allen Forschungsprojekten verwendet wird. Ein Teil des Lehrstuhls fokussiert sich hierbei auf die Etablierung der männlichen und weiblichen Keimlinie sowie den Kommunikationsvorgängen zwischen den unterschiedlichen Geweben, die am Ablauf der doppelten Befruchtung beteiligt sind. Mittels des gekauften CLSM konnte der Prozess der doppelten Befruchtung in Pflanzen jetzt visualisiert werden. Dieses war nur durch die hohe Sensitivität der Detektionseinheiten und die damit verwendbare minimale Laserleistung möglich. Höhere Laserbelastungen führen zum Abbruch des Prozesses. Hierdurch konnte z.B. in der AG Dresselhaus anderem die zelltyp-spezifischen Ca2+ -Fluktuationen mittels eines FRET-basierten Ca2+ -Sensors innerhalb des weiblichen Gametophyten während der Befruchtung analysiert werden. So führt die Interaktion zwischen Pollenschlauch und Synergide zu einer Ca2+ -Konzentrationsoszillation in der Synergide. Bei der Freisetzung der männlichen Gameten konnte u.a. ein Ca2+ -Piek in den beiden weiblichen Gameten, Eizelle und Zentrallzelle gemessen werden. Hierdurch und durch weitere Publikationen auf dem Gebiet konnte gezeigt werden, dass Ca2+ - Signalwege essentielle für die pflanzliche Befruchtung sind. In der AG Sprunck konnten so u.a. Proteine visualisiert werden, die im Pollenschlauch polar verteilt sind. Diese Aufnahmetechnik wird derzeit in mehreren AGs verwendet, um andere Signalwege während der Befruchtung zu visualisieren. Die AG Hammes führte mittels des CLSM eine Expressionsstudie einer neuen Klasse von Aminosäuretransportern während der Samenentwicklung durch, welche Rückschlüsse über die Aminosäureversorgung/-verteilung innerhalb des Samens zulassen. Diese Klasse von Aminosäuretransportern sind bei der Verteilung von Aminosäuren in der gesamten Pflanze essentiell und stellen daher einen wichtigen Ansetzpunkt dar, um langfristig die Lebensmittelqualität zu steigern. Nur durch die systematische Durchmusterung am CLSM von erstellten Reporterlinien konnten diese Information gewonnen und die Funktion dieser Proteine in Bezug auf die Samenversorgung identifiziert werden. Die AG Grasser beschreibt mittels des CLSM die zeitlich/räumliche Verteilung eines DNA bindenden Proteins in teilenden meristematischen Wurzelzellen. Diese Proteine sind ab der G2-Phase des Zellzyklus exprimiert und assoziieren mit den kondensiert vorliegenden Chromosomen und scheinen hier eine Funktion in der Chromosomenverteilung zu spielen. Direkt nach der Mitose werden die Proteine degradiert. Zur Analyse von intrazellulären RNA Verteilung wurde in den vergangenen Jahren ein RNA Fluoreszenz in situ Hybridisierungen Protokoll in der AG Belckmann/Dresselhaus auf intakten Samenanlagen etabliert. Hierdurch konnten mRNAs essentieller Gene identifiziert werden, die in globulären Strukturen lokalisieren und hier einem bisher unbekannten Regulationsmechanismus unterliegen. AGs anderer Lehrstühle wie die AG Meister konnten so z.B. den Kernimport-Shuttle von humanen GW Proteinen und deren Bedeutung visualisieren bzw. aufklären und die AG Schneuwly hat u.a. die Lokalisierung von Proteinen visualisiert die eine Rolle bei der Parkinsonkrankheit der Fruchtfliege spielen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2013) Arabidopsis DEAD-box RNA helicase UAP56 interacts with both RNA and DNA as well as with mRNA export factors. PLoS One 8: e60644
Kammel C, Thomaier M, Sørensen BB, Schubert T, Längst G, Grasser M, Grasser KD
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(2014). Analysis of dopaminergic neuronal dysfunction in genetic and toxin-induced models of Parkinson's disease in Drosophila. J Neurochem 131: 369-382
Navarro JA, Heßner S, Yenisetti SC, Bayersdorfer F, Zhang L, Voigt A, Schneuwly S, Botella JA
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(2014). Male-female communication triggers calcium signatures during fertilization in Arabidopsis. Nat Commun 5: 4645
Denninger, P., Bleckmann, A., Lausser, A., Vogler, F., Ott, T., Ehrhardt, D.W., Frommer, W.B., Sprunck, S., Dresselhaus, T., and Grossmann, G.
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(2015). Amino acid export in developing Arabidopsis seeds depends on UmamiT facilitators. Curr Biol 25: 3126–31
Müller B, Fastner A, Karmann J, Mansch V, Hoffmann T, Schwab W, Suter-Grotemeyer M, Rentsch D, Truernit E, Ladwig F, et al.
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(2015). Importin-β facilitates nuclear import of human GW proteins and balances cytoplasmic gene silencing protein levels. Nucleic Acids Res 43: 7447-7461
Schraivogel D, Schindler SG, Danner J, Kremmer E, Pfaff J, Hannus S, Depping R, Meister G
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(2015). Knockin' on pollen's door: live cell imaging of early polarization events in germinating Arabidopsis pollen. Front Plant Sci. 2015 Apr 21;6:246
Vogler F, Konrad SS, Sprunck S
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(2015). Mitotic lifecycle of chromosomal 3xHMG-box proteins and the role of their N-terminal domain in the association with rDNA loci and proteolysis. New Phytol 208: 1067–1077
Antosch M, Schubert V, Holzinger P, Houben A, Grasser KD
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(2016) Maternal ENODLs are required for pollen tube reception in Arabidopsis. Curr Biol pii: S0960-9822(16)30694-7
Hou Y, Guo X, Cyprys P, Zhang Y, Bleckmann A, Cai L, Huang Q, Luo Y, Gu H, Dresselhaus T, Dong J, Qu LJ
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(2016). Expression analysis of KDEL-CysEPs programmed cell death markers during reproduction in Arabidopsis. Plant Reprod 25: 265–272
Zhou, L.-Z., Höwing, T., Müller, B., Hammes, U.Z., Gietl, C., and Dresselhaus, T.
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(2016). Fluorescent whole-mount RNA in situ hybridization (F-WISH) in plant germ cells and the fertilized ovule. Methods 98: 66–73
Bleckmann, A. and Dresselhaus, T.
