Weiterentwicklung von genetisch kodierten K+-Sensoren für die in vivo-Bildgebung: Ein mehrstufiger Optimierungsansatz - Ein Nachfolgeantrag aus Österreich und Deutschland

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Oliver Griesbeck; Professor Dr. Nikolaus Plesnila
• Fachliche Zuordnung: Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 551429233

Angesichts der zentralen Rolle von Kaliumionen (K+) in der Biologie ist die Visualisierung und das Verständnis der komplexen Dynamik lokaler und globaler K+-Veränderungen von zentraler Bedeutung für die Entschlüsselung von Zellfunktionen und -störungen, insbesondere in erregbaren Zellen wie Neuronen. Unser Team war führend bei der Entwicklung von genetisch kodierten K+-Biosensoren, den GEPIIs (Genetically Encoded Potassium Ion Indicators), neben ähnlichen, auf Förster-Resonanz-Energie-Transfer (FRET) basierenden KIRINs und einzelnen fluoreszierenden Proteinen (FP) basierenden K+-Sonden, den GINKOs und KRaIONs, die später von anderen Forschungsgruppen entwickelt wurden. Trotz des Fortschritts haben alle diese bestehenden K+-Biosensoren noch deutliche Einschränkungen in Bezug auf die Empfindlichkeit, den dynamischen Bereich, die pH-Stabilität und die Eignung für extrazelluläres Targeting, was ihre breite Anwendung behindert, insbesondere für die In-vivo-Bildgebung lokaler und globaler K+-Veränderungen in physiologischen und pathologischen Modellen wie der Alzheimer-Krankheit, Epilepsie und Schlaganfall. Dieser Förderantrag stellt eine Fortsetzung unserer bisherigen Arbeit dar und markiert eine gemeinsame Anstrengung internationaler Forschungsteams zur Optimierung von K+-Biosensoren, insbesondere für In-vivo-Anwendungen in der neurowissenschaftlichen Forschung. Durch diese Zusammenarbeit wollen wir die nächste Generation von K+-Biosensoren durch fortschrittliche Methoden, einschließlich rechnerischer Verfeinerungen, struktureller Optimierungen und auf gerichteter Evolution basierender Neugestaltung, effizient und deutlich verbessern. Durch die Optimierung genetisch kodierter fluoreszierender K+-Biosensoren wollen wir lokale und globale K+-Veränderungen in lebenden Zellen und Organismen präzise sichtbar machen und so unser Verständnis von K+-abhängigen Prozessen in den Neurowissenschaften und deren Auswirkungen auf verschiedene neurologische Erkrankungen verbessern. Dieser umfassende Ansatz wird die internationale wissenschaftliche Zusammenarbeit bei der Entwicklung von Biosensoren maßgeblich unterstützen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Österreich
• Kooperationspartner: Professor Roland Malli