Farbstofffunktionalisierung während der Markierung von Biomakromolekülen – Synthese, Charakterisierung und biophysikalische Anwendungen von neuartigen Linkermolekülen

• Antragsteller: Professor Dr. Thorben Cordes; Professor Dr. Andreas Herrmann
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie ; Biophysik
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 518284393

Kommerzielle Fluoreszenzfarbstoffe sind essentiell für Bildgebungsverfahren, biochemische Techniken (z.B. PCR), DNA-Sequenzierung und auch medizinische Technologien. Zu geringe Fluoreszenzsignale, schneller Signalverlust oder auch Signalfluktuationen führen jedoch häufig zu Problemen. Für einige Anwendungen müssen die Fluoreszenzfarbstoffe dann auch noch zusätzlich funktionelle Eigenschaften mitbringen, die von kontrolliertem "Blinken", hoher Photostabilität bis hin zu der Fähigkeit Metallionen zu detektieren, reichen. Die meisten kommerziellen Fluorophore sind aber aufgrund ihrer Eigenschaften nur für ganz bestimmte Anwendungen geeignet, z. B. für die Markierung von ausgewählten Proteinen oder Organellen, zur DNA-Sequenzierung oder Einzelmoleküldetektion. Und leider können diese Eigenschaften nicht ohne größeren Syntheseaufwand modifiziert werden. In dem hier vorgeschlagenen Projekt der Gruppen von Thorben Cordes (Physikalische und Synthetische Biologie, LMU München) und Andreas Herrmann (Makromolekulare Materialien und Systeme, RWTH Aachen) wird eine Lösung für diese grundlegenden Probleme vorgestellt. Dem Markierungsverfahren liegt die Idee zugrunde, dass die Eigenschaften des Fluoreszenzfarbstoffes während der Markierung der biologischen Probe durch einen Linker modifiziert werden. Die entwickelten "Linkermoleküle" erlauben eine selektive Markierung biologischer Proben in vitro und in vivo mit einem kommerziellen Fluoreszenzfarbstoff, dessen Eigenschaften durch den Linker gezielt verändert werden. Der Linker besteht aus einer Einheit für spezifische Biokonjugation, einem funktionellen Teil und einer Einheit, die über Klickchemie den Fluoreszenzfarbstoff bindet. In Vorarbeiten konnten solche Linker bereits erfolgreich über einen einfachen und effektiven Syntheseweg dargestellt werden und wir konnten auch zeigen, dass diese Linker eine Farbstoffmarkierung an biologischen Proben ermöglichen. Erfreulicherweise hat sich auch gezeigt, dass die Eigenschaften des Fluoreszenzfarbstoffes mit dem Linker wie gewünscht einstellbar werden. Ziel dieses Projekts ist es nun weitere Linkermoleküle zu synthetisieren, die andere funktionelle Farbstoffeigenschaften und eine vollständige Kontrolle über die Kopplungsmöglichkeiten von Fluoreszenzfarbstoffen und Biomolekülen ermöglichen. Das Projekt soll von zwei Doktoranden in den jeweiligen Laboren bearbeitet werden. Es beinhaltet chemische Synthese und Optimierung der Farbstoffmarkierung für verschiedene biologische Ziele (Herrmann-Gruppe), die funktionelle und spektroskopische Charakterisierung von Linker-Farbstoff-Kombinationen (Cordes- & Herrmann-Gruppe) sowie die Anwendung der erfolgreichsten Konstrukte in bildgebenden und biophysikalischen Verfahren (Cordes-Gruppe).

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: China
• Kooperationspartnerin: Dr. Lei Zhang