Zelluläre Dynamik

Wir entwickeln Techniken, mit denen die neuronale Aktivität individueller Zellen oder ganzer Gewebeverbände sichtbar gemacht werden können.

Dabei liegt unser Fokus auf genetisch kodierten fluoreszierenden Indikatoren, die die Konzentration bedeutender zellulärer Signalmoleküle oder die Aktivierung von biochemischen Signalkaskaden anzeigen. Diese Sensorproteine sind Mutanten des GFP (Green Fluorescent Protein). Sie sind optimiert für FRET (Fluoreszenz-Resonanz-Energie-Transfer) und bestehen aus verschiedenen Liganden-bindenden Domänen aus anderen Proteinen, die ihre Konformation ändern nach Bindung des Liganden. FRET ist eine spektroskopische Methode, mit der auf molekularer Ebene Entfernungen und Konformationsänderungen in Proteinen angezeigt werden können. Dabei wird unter geeigneten Bedingungen ein Teil der Energie des angeregten Zustandes eines Donor-Fluorophores auf ein Empfänger-Fluorophor übertragen.

Die Effizienz des Energie-Transfers ist unter anderem abhängig von der Entfernung und der Orientierung der beiden Fluorophore zueinander. Im Idealfall führt eine Konformationsänderung der Liganden-bindenden Domäne zu einer veränderten FRET- Effizienz von Donor- zu Empfänger-GFP.

In einer anderen Vorgehensweise versucht unsere Forschungsgruppe, Liganden-bindende Domänen direkt in GFP einzufügen. So versuchen wir durch Bindung des Liganden die Fluoreszenz-Eigenschaften des GFP direkt zu beeinflussen.

Genetische Indikatoren weisen eine Reihe von Vorteilen auf gegenüber herkömmlichen, synthetischen Indikatoren wie z.B. fura-2 oder der fluo-Serie. Sie werden nach Transfektion in situ direkt in der Zelle erzeugt und benötigen keine Ko-Faktoren. Sie können mittels molekularbiologischer Techniken präzise in Organellen oder anderen zellulären Mikroumgebungen lokalisiert werden und verbleiben selbst in sehr lang dauernden Experimenten in den Zellen. Mittels transgener Techniken versuchen wir, Indikatororganismen zu erzeugen, die den Indikator z.B. in Subtypen von Nervenzellen und definierten neuronalen Ensembles exprimieren.

Detailliertere Informationen finden sich auf der englischsprachigen Seite.