Fluoreszenzlebensdauer-Korrelationsspektroskopie für die Ultrasensitive Ionenanalytik(mit dem Schwerpunkt auf der Kupferionen-Quantifizierung)

• Antragsteller: Professor Dr. Gregor Jung
• Fachliche Zuordnung: Analytische Chemie
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 228325432

Die Ionen der späten Übergangsmetalle sind als Spurenelemente essentiell für Lebewesen. Zugleich wird ein Überangebot dieser Ionen mit Krankheiten wie Alzheimer in Zusammenhang gebracht. Ihre dynamische Konzentrationsbestimmung in Lebewesen ist problematisch, weil einerseits empfindliche, elementspezifische Analyseverfahren wie Röntgenfluoreszenz für die Proben destruktiv sind, andererseits die freie Konzentrationen dieser Ionen üblicherweise niedrig ist und auch noch von den fest gebundenen Ionen unterschieden werden muss. Wir haben in den vergangenen Jahren gezeigt, dass sich zweiwertiges Kupfer in mikromolaren Konzentrationen durch Fluoreszenzlebensdauerspektroskopie (TCSPC) am Grün Fluoreszierenden Protein (GFP) quantifizieren lässt und sich mit Fluoreszenzlebensdauermikroskopie auch die Aufnahme von Kupferionen in Pflanzenzellen ortsaufgelöst darstellen lässt. Um die Homöostase von Kupfer oder auch anderer Spurenelemente bei niedrigeren Konzentrationen in-vivo untersuchen zu können, sind experimentelle Änderungen notwendig: so kann die Indikatorkonzentration, d.h. die GFP-Konzentration, nicht mehr in jedem Fall vernachlässigt werden und muss deshalb z.B. durch Fluoreszenzkorrelationsspektroskopie (FCS) in diesem Konzentrationsbereich explizit bestimmt werden. Die Kombination von TCSPC und FCS in der Fluoreszenzlebensdauerkorrelationsspektroskopie (FLCS) sollte es also ermöglichen, freie Metallionen in nanomolaren Konzentrationen und darunter quantifizieren zu können. Innerhalb der Förderdauer wird die FLCS zunächst im Labor am bereits funktionierenden Titrationssystem Kupfer-GFP etabliert. Im Anschluss werden wir die FLCS auf ein synthetisches Titrationssystem Farbstoff-Metallion mit kleinerer Dissoziationskonstante anwenden und zuletzt bekannte, fluoreszenzmarkierte Peptidsequenz mit hoher Kupferbindungsaffinität studieren. Ziel der Studie ist es, für die Untersuchung der Kupfer-Homöostase sowohl ein universell einsetzbares Detektionsschema zu etablieren wie auch eine Proteinsequenz mit größerer Bindungsaffinität vorzuschlagen. Sollte das Projekt zügiger fortschreiten als vorhergesehen, wollen wir herausfinden, wie Kupfer neben anderen, konkurrierenden Ionen auf diesem Konzentrationsniveau quantifiziert werden kann.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen