Lichtformung zur Erforschung der Protein-Oligomerisierung

Viele lebenswichtige Prozesse in unserem Körper beginnen an der Oberfläche unserer Zellen, wo verschiedenste Proteine zusammenkommen und interagieren. Zu verstehen, wie diese sich diese Proteine gruppieren und sogenannte Oligomere bilden und wann sie dies tun, ist von entscheidender Bedeutung, um zu verstehen, wie Zellen kommunizieren und auf ihre Umgebung reagieren. Doch selbst mit den modernsten Mikroskopen haben Wissenschaftler immer noch Schwierigkeiten, diese Interaktionen eindeutig zu beobachten. Die Moleküle lassen sich zwar als Gesamtheit beobachten, liegen aber so dicht aneinander, dass Aussagen zum Zustand einzelner Proteine praktisch nicht möglich sind. Um dieses Problem zu lösen, entwickelt unser Team eine völlig neue Bildgebungstechnik namens Single Molecule Imaging upon Patterned Photobleaching (SMIPP). Bei dieser Methode wird präzise geformtes Laserlicht eingesetzt, um kleine Bereiche der Zelloberfläche vorübergehend abzuschalten oder auszubleichen. Anschließend beobachten wir, wie einzelne Proteine in diese ausgebleichten Bereiche zurückwandern, und können diese detailliert analysieren. Durch die Wiederholung dieses Prozesses mit einer Vielzahl von sorgfältig entworfenen Lichtmustern können wir einen noch nie dagewesenen Einblick in das Verhalten und die Organisation von Proteinen gewinnen. Die Technologie hinter SMIPP ist hochmodern. Wir verwenden dynamische Hologramme um Licht in Echtzeit zu formen. So können wir nicht nur genau steuern, wo das Licht auf die Zelle trifft, sondern gleichzeitig auch den Lichteinfallswinkel bestimmen, damit nur die Zellmembran gebleicht wird, ohne das Zellinnere zu durch das intensive Laserlicht zu schädigen. Als erste Anwendung werden wir den Serotonin-Transporter (SERT) untersuchen, ein Protein, das zur Regulierung der Stimmung beiträgt und eine zentrale Rolle bei der Wirkung vieler Antidepressiva spielt. Wenn wir verstehen, wie SERT-Moleküle interagieren, könnten wir neue Details über die Wirkungsweise dieser Medikamente aufdecken - und so zu besseren Behandlungen führen. Dieses Gemeinschaftsprojekt bringt zwei Expertenteams aus Innsbruck und Wien zusammen: eines unter der Leitung von Alexander Jesacher an der Medizinischen Universität Innsbruck, das sich auf die Entwicklung der Mikroskopie und Holografie-Methoden konzentriert, und ein weiteres unter der Leitung von Gerhard Schütz an der TU Wien, das sich den biophysikalischen Fragestellungen widmet.