Measuring Intermodular Forces in Biology with High-Resolution 3D Optical Tweezers

• Antragsteller: Professor Dr. Erik Schäffer
• Fachliche Zuordnung: Biophysik
• Förderung: Förderung von 2006 bis 2012
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 27317759

Das langfristige Ziel dieses Forschungsprojektes ist, die Rolle von intermolekularen Kräften bei der Wechselwirkung biologischer Moleküle zu verstehen. Intermolekulare Kräfte, die elektrostatische, van der Waals und entropische Wechselwirkungen einschließen, sind von zentraler Bedeutung für viele biologische Prozesse. Motorproteine üben zum Beispiel auf Filamente des Zytoskeletts aktiv Kräfte aus, welche die Zellteilung und -motilität antreiben. Andererseits sprechen Mechanorezeptormoleküle auf Kräfte an, die von einem externen Stimulus auf die Zelle ausgehen. In Rahmen dieses Antrages, soll mit Hilfe des experimentellen Aufbaus einer optischen Pinzette, die ein hohes, dreidimensionale Auflösungsvermögen hat, intermolekulare Reibungs- und Dehnungskräfte gemessen werden, die eine zentrale Rolle in den folgenden drei biologischen Prozessen spielen: (i) Reibungskräfte, die an die elektrostatisch vermittelte Diffusion des Kinesin-verwandten Proteins MCAK entlang von Mikrotubuli gekoppelt sind, (ii) Dehnungskräfte, die notwendig sind eine Proteindomäne zu deformieren, welche aus Ankyrinsequenzwiederholelementen besteht und von der vermutet wird, dass sie den Transduktionskanal von Drosophila Mechanorezeptoren reguliert und (iii) die Deformationskräfte, die bei der Rekombination von DNS auftreten und von einer Komplexbildung mit der Redß Rekombinase herrühren. In allen der beschriebenen Fälle testen die Messungen zentrale Hypothesen, wie diese Proteine im Detail funktionieren um ihren zellularen Funktionen zu genügen. Wir gehen davon aus, dass sich die Suche nach Antworten auf spezifische biologische Fragestellungen stimulierend auf die Entwicklung der Technik optischer Pinzetten auswirkt, von der im Gegenzug erhofft wird, dass sich der Anwendungsbereich der Technologie in der Biologie erweitert.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen
• Großgeräte: Optische, mechanische und elektronische Komponenten zum Aufbau einer optischen Pinzette inkl. Nd:VO4-Laser (im Antrag spezifiziert)
• Gerätegruppe: 5040 Spezielle Mikroskope (außer 500-503)