Entwicklung neuer Fluoreszenzsonden für Nucleinsäuren auf Basis von Aminophthalimiden als isosterer Basenersatz und photostabilen Cyanin-Styryl-Farbstoffen

• Antragsteller: Professor Dr. Hans-Achim Wagenknecht
• Fachliche Zuordnung: Biologische und Biomimetische Chemie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 262824579

Die Fluoreszenzmarkierung spielt nicht nur eine wichtige Rolle für die chemische Bioanalytik und molekulare Diagnostik, sondern auch für das aktuell stark expandierende Forschungsgebiet der molekularen Bildgebung von lebenden Zellen. Das zentrale Ziel dieses Projektes gilt auch für die zweite Förderperiode, neue Fluoreszenzsonden für Nucleinsäuren zu entwickeln, die sich aufgrund ihrer optimierten Struktur und optischen Eigenschaften besonders gut für die chemische Biologie eignen und dadurch schlechtere, aber kommerziell verfügbare Fluoreszensonden ersetzen können. Der Fokus des bisherigen Projektes lag in der erfolgreichen Entwicklung neuer DNA-Fluoreszenzsonden auf Basis des zu Purinen isosteren Aminophthalimids und der photostabilen Cyanin-Styryl-Farbstoffe als postsynthetische Modifikation für DNA, so wie das im Arbeitsbericht beschrieben und durch die Publikationen dokumentiert ist. In der zweiten, hiermit beantragten Förderperiode sollen diese Fluoreszenzsonden für RNA weiterentwickelt werden. Die besondere Herausforderung liegt weiterhin in zwei Bereichen: (A) Isostere Sonden, also Fluorophore, die die vergleichsweise geringe Größe einer RNA oder DNA-Base aufweisen, aber trotzdem große Stokes-Verschiebungen und anwendbare Quantenausbeuten mitbringen, sind wichtig, weil sie die Struktur der RNA nur geringfügig ändern und damit biologisch unverändert interagieren können (Unterprojekt A). Hierfür wurde das Aminophthalimid in der ersten Förderperiode als Basensurrogat in DNA etabliert und soll nun als fluoreszente RNA-Sonde weiterentwickelt und etabliert werden. (B) Für die bioorthogonal „clickbaren“ Fluoreszenzsonden ist nicht nur eine sehr gute Photostabilität wichtig, um langanhaltende zelluläre Bildgebung durch Einzelmolekülspektroskopie zu ermöglichen, sondern zusätzlich die fluorogene Eigenschaft entscheidend, die als neues Kriterium in diesem Antrag zur zweiten Förderperiode hinzukommt. Fluorogene Sonden haben den großen Vorteil, dass nur die mit RNA konjugierten Fluorophore aufleuchten (Unterprojekt B). Zusammengenommen wird dieses Projekt neue und leistungsfähige Fluoreszenzsonden für die Bioanalytik und Bildgebung von RNA liefern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen