Konfokales Spinning Disk Mikroskop mit FRAP und TIRF

• Fachliche Zuordnung: Grundlagen der Biologie und Medizin
• Förderung: Förderung in 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 461336323

Für die Erforschung subzellulärer Strukturen und Prozesse ist die hochauflösende Mikroskopie fluoreszierend-markierter Proteine eine essentielle Methode. Meine im September 2020 an der Technischen Universität Kaiserslautern (TUK) eingerichtete Arbeitsgruppe für Nanophysiologie ist für ihre Studien dynamischer Prozesse, die an der Plasmamembran stattfinden, ganz besonders darauf angewiesen, die beteiligten Proteine live verfolgen zu können. Veränderungen in Plasmamembran-ständigen Proteinen beeinflussen maßgeblich, wie unsere Zellen mit ihrer Umgebung interagieren. Die Art und Anzahl der in der Plasmamembran inkorporierten Rezeptorproteine entscheidet z.B. darüber, welche Signalwege wie stark aktiviert werden. Für das Überleben unseres Organismus ist es unerlässlich, dass unsere Zellen dynamisch auf ihre sich ständig verändernde Umwelt reagieren. Ein Mittel dazu ist die gezielte Anpassung ihres Oberflächenproteoms mittels Endozytose. Dabei wird die Plasmamembran um ausgewählte Oberflächenproteine herum mit Hilfe einer ausgefeilten Proteinmaschinerie nach innen zu einem Vesikel abgeschnürt, das seine Fracht in die Zelle transportiert. Dieser Mechanismus erlaubt es z.B., Adhäsionsproteine von der Oberfläche zu entfernen und so die Zellmigration zu modulieren oder postsynaptische Glutamatrezeptoren zu internalisieren und so synaptische Plastizität zu ermöglichen. Wir erforschen, wie individuelle Oberflächenproteine mit Hilfe von speziellen Adaptorproteinen für die Endozytose ausgewählt werden und welche physiologische Konsequenzen Defekte in ihrer Internalisierung haben, sei es für das Funktionieren unseres Gehirns oder für die Zellmigration. Die Zellmigration erfordert, dass Zellen an ihrem sich voranschiebenden Ende immer wieder neue fokale Adhäsionen als Verankerungspunkte ausbilden, die dann im weiteren Verlauf wieder abgebaut werden müssen. Endozytose ist ein möglicher Prozess, um Adhäsionsproteine von der Membran zu entfernen, aber wie genau der kontrollierte Abbau der komplexen fokalen Adhäsionen vonstatten geht, ist bislang unverstanden. Wir haben in den letzten Jahren mit Erfolg hochauflösende Mikroskopie in verschiedensten Varianten eingesetzt, um den Prozess der Endozytose und die Regulation fokaler Adhäsionen im Detail zu untersuchen. Um unsere Studien an der TUK erfolgreich weiterführen zu können, beantragen wir hier zusammen mit Prof. Kins und Prof. Storchová, die ebenfalls dynamische subzelluläre Prozesse untersuchen, ein konfokales Spinning Disk Mikroskop, da diese Art der Mikroskopie besonders gut für sowohl schnelle als auch mehrstündige Lebendzell-Mikroskopie geeignet ist. Das Spinning Disk Mikroskop soll zudem Erweiterungen für FRAP (fluorescence recovery after photobleaching), TIRF (total internal reflection) und Super Resolution Mikroskopie haben, um die im Nanometer-Bereich liegenden subzellulären Strukturen, die wir erforschen, ausreichend gut auflösen und auch die Dynamik ihrer Komponenten untersuchen zu können.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Konfokales Spinning Disk Mikroskop mit FRAP und TIRF
• Gerätegruppe: 5090 Spezialmikroskope
• Antragstellende Institution: Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau
• Leiterin: Professorin Dr. Tanja Maritzen