Neue fluoreszenz-markierte Cholesterol-Analoga für die zellbiologische Forschung: Synthese, Charakterisierung und Anwendung

• Antragsteller: Dr. Peter Müller; Professor Dr. Pablo Wessig
• Fachliche Zuordnung: Biophysik
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 452842040

Sterole gehören zu den wichtigsten biologischen Molekülen aufgrund ihrer bedeutenden Rolle bei vielen physiologischen Prozessen. Daraus begründet sich die Notwendigkeit diese Moleküle auf den verschiedenen biologischen Organisationsebenen zu untersuchen, d.h. vom subzellulären Niveau bis hin zum gesamten Organismus. Sterole lassen sich jedoch nur schwer detektieren, u.a. dadurch begründet, daß sie keine signalgebenden Strukturen besitzen. Eine Strategie Sterole zu messen, ist der Einsatz von Analoga, vor allem fluoreszente Analoga wurden in der bisherigen Forschung verwendet. Einige der Herausforderungen beim Einsatz von Analoga sind eine vergleichbar einfache Synthese, eine hohe Ähnlichkeit gegenüber den endogenen Molekülen und geeignete Fluoreszenzeigenschaften für den Einsatz von mikroskopischen Verfahren. Um diese Anforderungen zu erfüllen, werden im vorliegenden Projekt fluoreszente Analoga für zwei wichtige Gruppen von Sterolen, Cholesterol und Cholesterolester, entworfen, synthetisiert und charakterisiert. Bezüglich der Ester werden diese Moleküle mit zwei Fluoreszenzgruppen ausgestattet, d.h. ein konjugiertes π-Elektronensystem im Sterolring und eine geeignete Fluoreszenzgruppe in der veresterten Acylkette. Dieses erlaubt uns zum ersten Mal, den Sterolring und die durch Hydrolyse abgespaltete Fettsäure unabhängig voneinander in der lebenden Zelle zu verfolgen. Die Reaktion der Hydrolyse kann außerdem kontinuierlich verfolgt werden, indem die Abnahme des Förster-Resonanz-Energietransfers (FRET) gemessen wird. Bezüglich des Cholesterols wurden bisher verschiedene Analoga verwendet, welche aufgrund zusätzlicher Doppelbindungen fluoreszent sind. Im Projekt wird die Anzahl und/oder die Position der Doppelbindungen variiert. Durch diese Modifizierungen werden Cholesterol-Analoga mit verbesserten Fluoreszenzeigenschaften erwartet, welches die Anwendung verschiedener Methoden der Fluoreszenzmikroskopie gestattet. Die Vorteile der Moleküle werden durch deren Anwendung bei der Untersuchung einer aktuellen biologischen Fragestellung nachgewiesen, d.h. der Einfluss von Niemann Pick type C (NPC) Proteinen auf den zellulären Cholesteroltransport. Wir erwarten, daß die Analoga es gestatten, neue molekulare Details und Mechanismen der Beteiligung von Sterolen bei subzellulären und zellulären Prozessen zu entschlüsseln.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen