Räumlich und zeitliche hochaufgelöste Einblicke in die Funktion von Caveolae: Live-Zell-Mikroskopie von Caveolae-Endozytose und zellulärer Lipidaufnahme

• Antragstellerin: Professorin Dr. Claudia Matthäus
• Fachliche Zuordnung: Biophysik
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 575200544

Die kontrollierte Aufnahme von Lipiden ist essentiell für die zelluläre Energiebilanz und den Metabolismus. Caveolae – spezialisierte, halbrunde Einstülpungen der Plasmamembran (60–100 nm) – spielen eine zentrale Rolle bei der Lipidaufnahme und Endozytose, insbesondere in Adipozyten, Muskel- und Endothelzellen. Obwohl die strukturelle Zusammensetzung dieses Organelles, bestehend aus Caveolin1- und Cavin-Proteinen, gut beschrieben ist, sind die molekularen Mechanismen der caveolären Endozytose sowie deren intrazelluläre Migration bisher unzureichend verstanden. Insbesondere ist bislang ungeklärt, wie extrazelluläre Lipide die Mobilität und Endozytose von Caveolae verändern, und wie Caveolae intrazellulär gezielt zu Lipid-Droplets wandern. Ziel dieses Projekts ist es, diese Wissenslücke zu schließen, indem wir verschiedene hoch-auflösende Mikroskopie-Techniken in lebenden Zellen kombinieren und mit Hilfe von selbst-entwickelten Analyse-Methoden spezifisch für caveolae auswerten (TIRF-Mikroskopie, Fluoreszenz-Korrelationsspektroskopie (FCS) und superauflösende STED-Mikroskopie). Dies ermöglicht die automatische Detektion und Echtzeit-Verfolgung einzelner Caveolae in lebenden Zellen mit bisher unerreichter räumlicher und zeitlicher Auflösung. Aufbauend auf belastbaren Vorversuchen verfolgen wir drei zentrale Ziele: (1) Charakterisierung der Caveolae-Bildung und -Mobilität an der Plasmamembran unter Lipid-Stimulation, (2) Quantifizierung einzelner Endozytose-Ereignisse durch hochauflösende Live-Cell-Imaging-Strategien, (3) Nachverfolgung des caveolären intrazellulären Transports zu Lipid Droplets mittels volumetrischer Mikroskopie. Durch die Kombination modernster Mikroskopieverfahren mit automatisierter Datenanalyse erlaubt dieses Projekt erstmals eine systematische Untersuchung der Funktion und Dynamik von Caveolae auf Einzelorganellebene in lebenden Zellen. Die erwarteten Ergebnisse liefern neue mechanistische Einsichten in die Organisation der Plasmamembran, Caveolae-Dynamiken und die zelluläre Lipidaufnahme. Langfristig trägt das Projekt zum grundlegenden Verständnis von Caveolae-Biologie und Lipidtransport bei und eröffnet Perspektiven für zukünftige therapeutische Ansätze bei metabolischen und kardiovaskulären Erkrankungen, die mit einer gestörten Lipidhomöostase einhergehen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen