TIRF-SIM/SIM-Mikroskop für Lebendzelluntersuchungen

• Fachliche Zuordnung: Grundlagen der Biologie und Medizin
• Förderung: Förderung in 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 496847469

Unser Verständnis komplexer dynamischer Zellprozesse hat sich in den vergangenen Jahren durch die Entwicklung modernster Methoden der Hochauflösungsmikroskopie dramatisch verbessert. Die sogenannte „Structured Illumination Microscopy“ (SIM; „Mikroskopie mit strukturierter Beleuchtung“) hat sich in höchstem Maße als konkurrenzfähiger Ansatz erwiesen, da sie ungleich andere Methoden die Verwendung einer breiten Palette klassischer Fluorophore sowie gängiger Probenvorbereitungsprotokolle erlaubt. Darüber hinaus führte der Einsatz räumlicher Lichtmodulation (spatial light modulation, SLM) bei der Mustergenerierung zur signifikanten Erhöhung der Aufnahmegeschwindigkeit und erlaubt nun routinemäßig Lebendzell-Analysen dynamischer Prozesse auf subzellulärer Ebene. Die an diesem Antrag beteiligten Gruppen konnten durch ihre Vorarbeiten bereits weitreichende Einblicke in die Regulation von grundlegenden Zellprozessen mit physiologischer und pathologischer Relevanz, wie DNA-Reparatur, Golgi-Stress und endo-lysosomaler Schadensreaktion bis hin zu Zellmigration und Adhäsion, gewinnen. Das beantragte Mikroskop wird die Untersuchung dieser Prozesse mit signifikant höherer räumlicher und zeitlicher Auflösung erlauben und vereint hierzu eine außerordentlich vielseitige Kombination modernster Applikationen. So sind alle integrierten Bildgebungsmodalitäten mit einem Photostimulationsmodul gekoppelt und erlauben über Steady-State-Messungen hinaus die gezielte lichtbasierte Störung von Signalnetzwerkkomponenten. Zudem können mit Hilfe der breiten Palette an Fluoreszenz-Auslesemöglichkeiten eine Vielzahl von Zellantworten auf diese Störungen gemessen werden, wie etwa die dynamische Protein-Lokalisation, die Dynamik von Organellen und des Zytoskeletts. Insgesamt werden diese Perturbations-Antwort-Studien unser Verständnis von Kausalitäten in den untersuchten Signalnetzwerken signifikant voranbringen und helfen, komplexe Regulationsmechanismen zu entschlüsseln. Des Weiteren werden die hochauflösende SIM-Technologie und die Lebendzell-Bildgebung mit der internen Totalreflektionsfluoreszenzmikroskopie (TIRF-SIM) kombiniert, sodass das besonders hohe Signal-Rausch-Verhältnis im TIRF-Feld bei der Untersuchung membrannaher Prozesse zum Tragen kommt. Die Geräte-Konfiguration bietet die Möglichkeit von parallelen Hochgeschwindigkeitsaufnahmen mehrerer Signalkanäle sowie das flexible, ultraschnelle Umschalten zwischen unterschiedlicher Bildgebungsmodi (TIRF-SIM/SIM/TIRF). Hierdurch wird die präzise Untersuchung der räumlichen und zeitlichen Koordination von potentiellen Schlüsselmolekülen und ihrer Regulatoren im jeweils zellbiologisch relevanten Kontext ermöglicht. Zusammenfassend ermöglicht die einzigartige Kombination der Systemkomponenten im beantragten Mikroskop eine Vielzahl von wichtigen Zellprozessen mit sehr hoher räumlicher und zeitlicher Präzision zu entschlüsseln und damit unser Verständnis der zugrundeliegenden molekularen Mechanismen fundamental voranzutreiben.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: TIRF-SIM/SIM-Mikroskop für Lebendzelluntersuchungen
• Gerätegruppe: 5040 Spezielle Mikroskope (außer 500-503)
• Antragstellende Institution: Universität Duisburg-Essen
• Leiterin: Professorin Perihan Nalbant, Ph.D.