Einzelmolekülmechanik an Myosin Motoren mit Hilfe einer optischen Fallen-Apparatur mit sub-Millisekunden Zeitauflösung

• Antragstellerin: Professorin Dr. Claudia Veigel
• Fachliche Zuordnung: Biophysik
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 385892061

Meine Forschung ist auf das Akto-Myosin Zytoskelett fokussiert, auf welchem eine Vielzahl zellulärer motiler Funktionen beruht, wie die Muskelkontraktion, Endo-und Exozytose, Zellfortbewegung, Zytokinese, oder die Signalübertragung beim Hörvorgang. Um die strukturelle Dynamik und funktionellen Eigenschaften der Myosine zu verstehen, die in der Zelle in hochspezialisierten Transport- und kraftsensorischen Systemen organisiert sind, ist es erforderlich, die räumliche und zeitliche Auflösung der Einzelmolekülmesstechniken in den Nanometer- und Mikrosekundenbereich zu erweitern. Dies wird es schliesslich ermöglichen, die Einzelmolekülmechanik mit molekulardynamischen Simulationen zu verknüpfen und ein atomares Verständnis der molekularen Dynamik dieser zellulären Nanomaschinen zu gewinnen. Wir verwenden Einzelmolekülfluoreszenz und Einzelmolekülmechanik mit Hilfe von optischen Fallen, die es ermöglichen, die Pico-Newton-Kräfte und Nanometer Displacements der zellulären Motorproteine zu messen.Unser Ziel ist es jetzt, eine optische Fallen Apparatur mit einer Zeitauflösung im Mikrosekundenbereich zu entwickeln. Mit dieser verbesserten Zeitauflösung hoffen wir, die frühen Ereignisse der Akto-Myosin Interaktion, wie den Übergang von schwachen zu starken stereospezifischen Akto-Myosin Bindungszuständen aufzulösen. In dem beantragten Projekt möchten wir uns speziell auf 2 Klassen von Myosinen fokussieren, die je eine besondere biologische Funktion erfüllen: (i) ein entwicklungsgeschichtlich altes Myosin der Klasse XXI, das einzige im menschenpathogenen Leishmania Parasiten exprimierte Myosin, das für diesen Parasiten überlebensnotwendig ist, und (ii) ein menschliches Myosin Klasse IX, das eine zentrale Rolle in der Organisation des Lamellipodiums bei migrierenden Zellen und bei der Zell-Polarisation während der Morphogenese spielt. Die mechanischen Eigenschaften dieser beiden aus medizinischen und aus Grundlagenforschungsgründen wichtigen Myosin-Klassen sind bisher noch nie auf der Einzelmolekül-Ebene untersucht worden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen