Mikroskopsystem mit 4 Lasern und Modul für strukturierte Beleuchtung (SIM)
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In einer Kooperation mit dem Lehrstuhl für Molekulare Psychiatrie wurde die embryonale Hirnentwicklung untersucht. Anhand muriner embryonaler Gehirnschnitte wurde die Rolle des atypischen Cadherin 13 (CDH13) in der Entwicklung des serotonergen Systems im Mäusegehirn untersucht. Dazu wurden serotonerge Zellen (5-HT), radiäre Gliazellen (RC2) und CDH13 durch Verwendung von Immunfluoreszenz markiert und anschließend mittels Fluoreszenzmikroskopie (u.a. SIM) ausgewertet. Es konnte gezeigt werden, dass CDH13 in serotonergen Neuronen der dorsalen Raphe-Kerne und in radiären Gliazellen exprimiert werden. Damit scheint es für die Entwicklung des serotonergen Systems in frühen embryonalen Stadien wichtig zu sein. Die Anwesenheit in beiden Zelltypen deutet darauf hin, dass CDH13 eine Rolle in der durch radiäre Gliazellen vermittelte Lokomotion serotonerger Neuronen spielt. Weiterhin wurde das SIM dafür eingesetzt, eine neue Markierungsmethode für Hochauflösung, sog. superbinding peptides (SBP), zu validieren. Hierbei wurde ein SBP entwickelt, was an das postsynaptische Protein Gephyrin bindet. Gephyrin ist ein zentraler Bestandteil und etablierter Marker der inhibitorischen Postsynapse. Mit Sim wurde gezeigt, dass fluoreszenzmarkiertes SBP Gephyrin effizienter markiert als Antikörper und das Fluoreszenzsignal auf Grund der kleineren Größe des SBPs näher am Zielprotein liegt, was für die Hochauflösung von großem Vorteil ist. Zusammen mit der Abteilung für Elektronenmikroskopie wurde SIM zusammen mit array tomography eingesetzt, um in einen korrelativen Ansatz elektrische Synapsen in C. elegans sowohl ultrastrukturell also auch molekular zu identifizieren. Hierbei wurden Ultradünnschnitte zuerst mit SIM untersucht um molekulare Informationen durch fluoreszenzbasierte Immunofärbung zu erhalten. Diese wurden durch anschließende scanning electron microscopy in Kontext der Ultrastruktur gesetzt. Für die präzise Korrelation beider Methoden wurden intrinsische Marker, wie Mikrotubuli oder DNA verwendet, die eindeutig mit beiden Verfahren identifizierbar sind und somit die genaue Lokalisation des Zielproteins erlauben. Mit diesem Ansatz konnten Gap Junctions, die durch das Innexin UNC-7 gebildet werden, in C. elegans Schnitten im vollen ultrastrukturellen Kontext identifiziert werden. Das Institut für Klinische Neurobiologie untersucht die Rolle von Neurofilamenten in neurodegenerativen Erkrankungen an Hand eines Mausmodells (pmn Mutante, die destabilisierte Mikrotubuli im Axon zeigt). Mit SIM wurden Axone von primären Motoneuronen im Wildtyp und in einer Mutante visualisiert, die eine Depletion von Neurofilament aufweist (Nefl knockout). Dabei wurde herausgefunden, dass Stathmin in der Nähe von Mikrotubuli auftritt und in den Nefl negativen Neuronen die Kolokalisation und Interaktion von Stathmin mit Stat3 und Mikrotubuli zunimmt. Durch den Stathmin-Stat3 Komplex werden Mikrotubuli stabilisiert. Wird der verstärkten Expression von Neurofilament in pmn Mutanten entgegengewirkt, verbessert sich die Erhaltung der Integrität der Axone und das Überleben der pmn Mäuse wird verlängert. Der Lehrstuhl für Mikrobiologie untersucht die Infektion von Zellen durch den Parasiten Clamydia trachomatis, der von der ATP Produktion der Wirtszelle abhängig ist. Bei Infektion werden bestimmte kleine nicht-kodierende RNAs (MicroRNAs) hochreguliert, die u.a. die Expression des Proteins Drp1 inhibieren. Dadurch werden die Mitochondrien erhalten und fragmentieren nicht. Mit Hilfe von SIM wurde Drp1 und dessen Kolokalisation mit Mitochondrien quantifiziert und gezeigt, dass beides bei Chlamydia Infektion vermindert ist. Auch wurde so gezeigt, dass infizierter Zellen keinen Effekt zeigen auf bekannte Reagenzien, die normalerweise Fragmentierung der Mitochondrien induzieren, ebenso wenig wie auf intrinsische Stressfaktoren wie reactive oxygen species, die durch die Infektion selbst generiert werden. Chlamydia setzte also gezielte Strategien ein, um die Wirtsmitochondrien zu erhalten, um so ihren Energiebedarf sicherzustellen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Filling the gap: adding super-resolution to array tomography for correlated ultrastructural and molecular identification of electrical synapses at the C. elegans connectome. Neurophotonics
Markert SM, Britz S, Proppert S, Lang M, Witvliet D, Mulcahy B, Sauer M, Zhen M, Bessereau JL, Stigloher C
(Siehe online unter https://doi.org/10.1117/1.NPh.3.4.041802) - Gephyrin-binding peptides visualize postsynaptic sites and modulate neurotransmission. Nat Chem Biol
Maric HM, Hausrat TJ, Neubert F, Dalby NO, Doose S, Sauer M, Kneussel M, Strømgaard K
(Siehe online unter https://doi.org/10.1038/nchembio.2246) - Mechano-dependent signaling by Latrophilin/CIRL quenches cAMP in proprioceptive neurons. Elife
Scholz N, Guan C, Nieberler M, Grotemeyer A, Maiellaro I, Gao S, Beck S, Pawlak M, Sauer M, Asan E, Rothemund S, Winkler J, Prömel S, Nagel G, Langenhan T, Kittel RJ
(Siehe online unter https://doi.org/10.7554/eLife.28360) - Neurofilament depletion improves microtubule dynamics via modulation of Stat3/stathmin signaling. Acta neuropathol
Yadav P, Selvaraj BT, Bender FL, Behringer M, Moradi M, Sivadasan R, Dombert B, Blum R, Asan E, Sauer M, Julien JP, Sendtner M
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s00401-016-1564-y) - Plekhg5-regulated autophagy of synaptic vesicles reveals a pathogenic mechanism in motoneuron disease. Nat Commun
Lüningschrör P, Binotti B, Dombert B, Heimann P, Perez-Lara A, Slotta C, Thau-Habermann N, R von Collenberg C, Karl F, Damme M, Horowitz A, Maystadt I, Füchtbauer A, Füchtbauer EM, Jablonka S, Blum R, Üçeyler N, Petri S, Kaltschmidt B, Jahn R, Kaltschmidt C, Sendtner M
(Siehe online unter https://doi.org/10.1038/s41467-017-00689-z) - The LINC complex component Sun4 plays a crucial role in sperm head formation and fertility. Biol Open
Pasch E, Link J, Beck C, Scheuerle S, Alsheimer M
(Siehe online unter https://doi.org/10.1242/bio.015768) - Chlamydia preserves the mitochondrial network necessary for replication via microRNA- dependent inhibition of fission. J Cell Biol
Chowdhury SR, Reimer A, Sharan M, Kozjak-Pavlovic V, Eulalio A, Prusty BK, Fraunholz M, Karunakaran K, Rudel T
(Siehe online unter https://doi.org/10.1083/jcb.201608063) - Cadherin-13 Deficiency Increases Dorsal Raphe 5-HT Neuron Density and Prefrontal Cortex Innervation in the Mouse Brain. Front Cell Neurosci
Forero A, Rivero O, Wäldchen S, Ku HP, Kiser DP, Gärtner Y, Pennington LS, Waider J, Gaspar P, Jansch C, Edenhofer F, Resink TJ, Blum R, Sauer M, Lesch KP
(Siehe online unter https://doi.org/10.3389/fncel.2017.00307) - Membrane Microdomain Disassembly Inhibits MRSA Antibiotic Resistance. Cell
García-Fernández E, Koch G, Wagner RM, Fekete A, Stengel ST, Schneider J, Mielich-Süss B, Geibel S, Markert SM, Stigloher C, Lopez D
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.cell.2017.10.012) - Peptidase Inhibitor 15 (PI15) Regulates Chlamydial CPAF Activity. Front Cell Infect Microbiol
Prusty BK, Chowdhury SR, Gulve N, Rudel T
(Siehe online unter https://doi.org/10.3389/fcimb.2018.00183)
