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Leuchtende Marker für die Nanoskopie

Göttinger Exzellenzcluster Leuchtende Marker für die Nanoskopie

Moderne optische Technologien, wie die Nanoskopie, liefern Einblicke in kleinste Strukturen und Abläufe der Zellen. Um die Vorgänge sichtbar zu machen, müssen die Objekte markiert werden. Ein Göttinger Forscherteam konnte zeigen, dass fluoreszierende Proteine als Mittel zur Markierung geeignet sind.

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Das Forscherteam: Prof. Tiago F. Outeiro, Prof. Silvio O. Rizzoli, Ingrid-Cristiana Vreja, Katharina Kröhnert, Dr. Mark Bates, Fabian Göttfert (v.l.).

Quelle: EF

Göttingen. Bisher war fraglich, ob die in der konventionellen Bildgebung zur Markierung und Visualisierung eingesetzten fluoreszierenden Proteine auch für den Einsatz in der super-auflösenden Mikroskopie geeignet sind. Wissenschaftler des Göttinger Exzellenzclusters und DFG-Forschungszentrums für Mikroskopie im Nanometerbereich und Molekularphysiologie des Gehirns (CNMPB) und des European Molecular Biology Laboratory (EMBL) in Heidelberg haben bekannte fluoreszierende Proteine untersucht, ob sie für die Nanoskopie anwendbar sind. Bekannt ist, dass viele Markerproteine aufgrund ihrer relativ großen Größe dazu neigen, Aggregate zu bilden, die Artefakte in nanoskopischen Messungen hinterlassen können. Deshalb interessierten sich die Forscher besonders für die Frage, ob sich die Markierung auf die strukturelle Organisation der Proteine auswirkt, die mit Hilfe der Nanoskopie dargestellt werden sollen.

Die Erkenntnisse des Forscherteams unter der Leitung von Prof. Silvio O. Rizzoli, Direktor des Instituts für Neuro- und Sinnesphysiologie, Universitätsmedizin Göttingen, zeigen: Fluoreszierende Proteine sind als Mittel zur Markierung in der Nanoskopie und für die biomedizinische Forschung gut geeignet und generell anwendbar. Insbesondere die auf dem Einsatz unnatürlicher Aminosäuren zugrunde liegende Fluoreszenz-Markierung gilt als effiziente Methode. „Genetisch kodierte, also durch Genmanipulation in lebende Zellen eingeschleuste Fluoreszenzmarker sind für die Untersuchung molekularer Strukturen und Prozesse besonders interessant, weil sie einfach zu handhaben und für die Zellen gut verträglich sind“, sagt Rizzoli.

Zellen, an die ein fluoreszierendes Protein angehängt wurde.

Quelle: EF

Die Wissenschaftler konzentrierten sich auf insgesamt 26 Proteine, von denen bekannt ist, dass sie zur Bildung multimolekularer Aggregate neigen. Die Forscher verglichen die strukturelle Organisation der Proteine mit und ohne Fluoreszenzmarkierung. Für den Vergleich wurde der kleinste momentan erhältliche Marker, die synthetische Aminosäure Propargyl-L-Lysine (PRK), gewählt und in die kodierende Sequenz eines Zielproteins eingebaut. Die Visualisierung des Proteins erforderte die Anheftung einer synthetischen, fluoreszierenden Gruppe durch “Click-Chemie”.

Mittels super-auflösender Mikroskopie-Verfahren, der Ground-State Depletion Individual Molecule Return (GSDIM) Mikroskopie sowie der Stimulated Emission Depletion (STED) Mikroskopie, verglichen die Forscher anschließend die Organisation der markierten und unmarkierten Zielproteine in Zellen. Lediglich bei sechs der 26 untersuchten Proteine ließ sich eine leichte Beeinträchtigung der Proteinorganisation erkennen. Auch andere Forschergruppen sollten ausprobieren, ob der Marker eine effiziente Alternative sei, so Erstautorin Dr. Ingrid Vreja.  cnmpb/umg

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