Detailseite
Projekt
Entwicklung eines kombinierten Fluoreszenz, Optische Beugungstomographie und Brillouin (FOB) Mikroskops für die quantitative Untersuchung von Phasenübergängen in Zellen
Antragsteller
Professor Dr. Simon Alberti; Professor Dr. Jochen Guck
Fachliche Zuordnung
Biophysik
Zellbiologie
Zellbiologie
Förderung
Förderung von 2019 bis 2023
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 419138906
Es sind oft neue technologische Möglichkeiten, die unser fortschreitendes Verständnis von physiologischen und pathologischen Prozessen erst ermöglichen. Die Notwendigkeit für neue Technologien ist derzeit besonders offensichtlich im Bereich der biologischen Phasenseparation, eine neu identifizierte Möglichkeit, das Zell-Zytoplasma zu organisieren. Gestörte Phasenübergänge stehen aber auch mit neurodegenerativen Krankheiten wie z.B. amyotrophe Lateralsklerose (ALS) in Verbindung, wo Prion-ähnliche RNA-bindende Proteine wie Fused in Sarcoma (FUS) eine Schlüsselrolle einnehmen. Diese Proteine bilden in vitro zunächst phasen-separierte, physiologische, flüssige Kondensate, die aber mit der Zeit zu festkörperähnlichen Strukturen reifen.Im klaren Gegensatz zu diesem beeindruckenden jüngsten Erkenntnissgewinn stehen die derzeit verfügbaren Methoden zur Erforschung von Phasenübergängen, wie z.B. fluorescence recovery after photobleaching (FRAP) oder der Beobachtung von Tröpfchenfusion, die größtenteils qualitativ, indirekt und zeitaufwändig sind, und damit ein zunehmendes Hindernis für den weiteren Fortschritt auf diesem Gebiet darstellen. Es ist deswegen das zentrale Ziel dieses Projekts, ein neues kombiniertes Fluoreszenz, optisches Beugungstomographie und Brillouin (FOB) Mikroskop zu entwickeln, und damit physiologische und pathologische Phasenübergänge in vitro und in vivo zu untersuchen. FOB Mikroskopie ermöglicht die quantitative Abbildung der 3D Verteilungen von Massendichte, longitudinalem Modul und Viskosität in lebenden Zellen und mit optischer Auflösung. Konkret werden wir zuerst das Mikroskop aufbauen und die physikalischen Signaturen von Phasenübergängen in synthetischen Systemen identifizieren (Ziel I), dann diese Signaturen in Proteintröpfchen in vitro verifizieren (Ziel II), um schließlich mittels FOB Mikroskopie den Zusammenhang zwischen dem Phasenübergang dieser Proteinkondensate und Funktionsänderungen in Zelllinien und Motorneuronen zu untersuchen (Ziel III). Die quantitative Charakterisierung der Kondensate aus nativen und mutierten Proteinen soll dabei die Verbindung zwischen den physikalischen Signaturen, den dem gestörten Übergang zugrundeliegenden molekularen Mechanismen und den Funktionsänderungen erhellen, die letztendlich zur Krankheit führen. So kann FOB Mikroskopie in der Zukunft dazu genutzt werden, um gezielt nach neuen Wegen zur Bekämpfung der Krankheit zu suchen.Nach der Etablierung wird FOB Mikroskopie allen anderen Gruppen des SPP2191, sowie der erweiterten Forschungsgemeinschaft, zur Verfügung stehen, um so neue Einblicke in die physikalischen Mechanismen in lebenden Zellen zu ermöglichen. So wird FOB Mikroskopie nicht nur den großen Bedarf nach quantitativer physikalischer Information über mesoskalige Eigenschaften von Zellen bedienen, sondern auch die Grundlage dafür schaffen, physiologische und anomale Phasenübergänge in anderen in vitro Systemen, Zelltypen und Krankheitsmodellen zu untersuchen.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
