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Projekt
Entwicklung von funktionellen und strukturellen Imagingverfahren zur Charakterisierung der Protonenmotorischen Kraft
Antragstellerinnen / Antragsteller
Professorin Dr. Karin Busch; Professor Dr. Markus Schwarzländer
Fachliche Zuordnung
Biochemie und Biophysik der Pflanzen
Pflanzenphysiologie
Pflanzenphysiologie
Förderung
Förderung seit 2023
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 507704013
Die biologische Forschung hat durch rasche Entwicklungen in der hochauflösenden Bildgebung und der in vivo Biosensorik rasante Fortschritte erzielen können. Gemeinsam erlauben beide Ansätze die in situ Quantifizierung zellphysiologischer Parameter und die Visualisierung von (sub)-organellen und molekularen Dynamiken. Diese Entwicklungen haben unser Verständnis der protonenmotorischen Kraft (PMF) revolutioniert. Die Visualisierung von pH-Dynamik und Δψ in Mitochondrien hat ein unerwartetes Bild der PMF-Organisation und ihrer dynamischen Veränderungen in einzelnen Organellen gezeichnet. Um ein vergleichbares Verständnis der PMF über fotosynthetische Membranen zu etablieren, müssen neue spezielle Methoden entwickelt werden. Ein umfassendes Verständnis des PMF in vivo erfordert auch die Etablierung von Sensoren für Ionen wie K+, die zur PMF-Partitionierung beitragen, und zugehörige Metaboliten wie NADPH:NADP+, NADH:NAD+ und ATP, die eng mit dem PMF von Chloroplasten verknüpft sind. Da viele der jetzt verfügbaren Biosensoren proteinbasiert sind, ist es möglich, durch spezifisches subzelluläres Targeting und genetische Fusion mit Proteinen in bioenergetischen Membranen, Messungen mit höchster lokaler Spezifität zu etablieren. Dieses erfordert jedoch eine umfassende Charakterisierung der biochemischen und biophysikalischen Eigenschaften der Biosensoren, sowohl isoliert wie auch in situ, um ihre Spezifität sicherzustellen und Artefakte zu vermeiden. Diese essentiellen Charakterisierungen der einzusetzenden Biosensoren werden im Z-Projekt umgesetzt. Zudem sollen im Z-Projekt die neuen experimentellen Erkenntnisse und das verfügbare Fachwissen zur Biosensorik zusammenführt werden. Des Weiteren werden Biosensor-Strategien für fotosynthetische PMF-Messungen und für hochauflösende Lichtmikroskopie von Chloroplasten und fotosynthetischen Membranen, entwickelt und optimiert. Insbesondere soll die stromale und lumenale Biosensorik von H+ Ionen etabliert werden, um damit den ΔpH direkt auszulesen. Auch wird die NADPH:NADP+-Biosensorik für zukünftige Arbeiten Pionierarbeit leisten und maßgeschneiderte Setups zur Biosensorik sollen unter veränderlichen fotosynthetischen Bedingungen optimiert werden. Eine superauflösende Bildgebung mit sub-organellarer Auflösung soll für fotosynthetische Membranen entwickelt werden. Dazu gehören nicht nur eine Live-Bildgebung durch konfokale Mikroskopie mit modernster Dekonvolution und Airyscan-Detektion, sondern auch die Entwicklung fortschrittlicher Protokolle zur Proteinmarkierung für hochauflösende Bildgebung, Einzelpartikellokalisierungsmikroskopie und Mobilitätsstudien von Thylakoidmembran Proteinen. In enger Zusammenarbeit mit den Mitgliedern des Konsortiums soll die Toolbox zur optischen Analyse von PMF-Determinanten kontinuierlich erweitert, verfeinert und in den verschiedenen Projekten implementiert werden.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
