Konfokales Laserscanning-System
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Zuge der neuronalen Signalübertragung setzt eine Nervenzelle Neurotransmitter frei, die an die Rezeptoren eines benachbarten Neurons binden. Die synaptischen Vesikel, welche die Neurotransmitter beinhalten, sind in den hochspezialisierten präsynaptischen Nervenenden angeordnet. Da die synaptischen Vesikel sehr klein sind (~ 40 nm im Durchmesser) und dicht zusammen liegen, ist es schwierig sie mit konventionellen Methoden sichtbar zu machen (Auflösungsvermögen ist begrenzt durch die Beugung des Lichts auf ~ 200nm). Um die Struktur und die Funktion der synaptischen Vesikel zu untersuchen, verwenden wir das Leica STED Mikroskop, welches eine Auflösung von etwa 70 nm hat. Diese erhebliche Auflösungssteigerung haben wir uns bereits in verschiedenen Studien über die synaptische Funktion zu nutze gemacht. Wir haben beispielsweise die Struktur und das Verhalten von Vesikeln aus unterschiedlichen synaptischen Populationen – die ruhenden sowie die activen – aufgeklärt. Wir haben ebenfalls beschrieben, welche Rolle „Aufreinigungsstationen“ (sogenannte Endosome) für Vesikel spielen und wie sich Vesikelkomponenten nach der Freisetzung von Neurotranmittern verhalten. Ausserdem haben wir die Natur der Vesikel geklärt, welche aktiv (aufgrund neuronaler Aktivität) und spontan (ohne neuronale Aktivität) fusionieren. Des Weiteren haben wir verschiedene andere Projekte durchgeführt, in denen wir beispielsweise die Funktion und Struktur verschiedener Organellen, wie etwa die von Zellmembranen und Endosomen, untersuchten. Hier haben wir diverse Proteine in der Membran der Organellen mittels STED-Mikroskopie abgebildet und fanden heraus, dass die meisten der untersuchten Proteine in Clustern angeordnet und nicht willkürlich auf der Membran verteilt sind. Die unterschiedlichen Funktionen dieser Cluster sind in verschiedenen Veröfffentlichungen beschrieben. Das Mikroskop wird zur Zeit in zahlreichen Studien eingesetzt, die die zelluläre Verteilung von Proteinen untersuchen. Darunter sind auch Studien, die sich mit Proteinen aus humanpathgenen Krankheiten beschäftigen, wie zum Beispiel synuclein, welches eine zentrale Rolle in Parkinson einnimmt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2009). Endosomal fusion upon SNARE knockdown is maintained by residual SNARE activity and enhanced docking. Traffic
Bethani I, Werner A, Kadian C, Geumann U, Jahn R, Rizzoli SO
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(2009). Sorting in early endosomes reveals connections to docking- and fusion-associated factors. Proceedings of the National Academy of Science of the USA
Barysch SV, Aggarwal S, Jahn R, Rizzoli SO
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(2010). Endosomal sorting of readily releasable synaptic vesicles. Proceedings of the National Academy of Science of the USA
Hoopmann P, Punge A, Barysch SV, Westphal V, Bückers J, Opazo F, Bethani I, Lauterbach MA, Hell SW, Rizzoli SO
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(2010). High- and low-mobility stages in the synaptic vesicle cycle. Biophysical Journal
Kamin D, Lauterbach MA, Westphal V, Keller J, Schönle A, Hell, SW, Rizzoli SO
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(2010). Limited intermixing of synaptic vesicle components upon vesicle recycling. Traffic
Opazo F, Punge A, Bückers J, Hoopmann P, Kastrup L, Hell SW, Rizzoli SO
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(2010). Quantitative analysis of synaptic vesicle Rabs uncovers distinct yet overlapping roles for Rab3a and Rab27b in Ca2+-triggered exocytosis. Journal of Neuroscience
Pavlos NJ, Grønborg M, Riedel D, Chua JJ, Boyken J, Kloepper TH, Urlaub H, Rizzoli SO, Jahn R
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(2010). Structure and dynamics of a two-helix SNARE complex in live cells. Traffic
Halemani ND, Bethani I, Rizzoli SO, Lang T
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(2010). Synaptic membrane proteins form stable microdomains in early endosomes. Microscopy Research and Technique
Geumann U, Schafer C, Riedel D, Jahn R, Rizzoli SO
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(2010). t-SNARE protein conformations patterned by the lipid microenvironment. Journal of Biological Chemistry
Rickman C, Medine CN, Dun AR, Moulton DJ, Mandula O, Halemani ND, Rizzoli SO, Chamberlain LH, Duncan RR
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(2010). The same synaptic vesicles drive active and spontaneous release. Nature Neuroscience
Wilhelm BG, Groemer TW, Rizzoli SO
