Molekulare Botschaften in lebenden Zellen

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Original Publikation

Chen X, Venkatachalapathy M, Kamps D, Weigel S, Kumar R, Orlich M, Garrecht R, Hirtz M, Niemeyer CM, Wu YW, Dehmelt L. (2017). "Molecular-Activity Painting": Switch-like, Light-Controlled Perturbations inside Living Cells. Angew Chem Int Ed Engl
doi: 10.1002/anie.201611432.

Zellen kommunizieren mit der Außenwelt über ihre Plasmamembran. Sie ist die Schaltstelle für eingehende Signale, die wichtige Zellprozesse steuern. Die Erforschung solcher Vorgänge ist jedoch kompliziert, da die Plasmamembran fluide und ihre Bestandteile beweglich sind. Die Forschungsgruppen um Leif Dehmelt und Yaowen Wuhat eine molekulare „Malpinsel“- Technik entwickelt, mit der sie die Signalübermittlung nicht nur untersuchen, sondern auch steuern kann.

12. April 2017

Die Plasmamembran einer Zelle dient primär als schützende Hülle zur Abgrenzung des Zellinneren und zur Aufrechterhaltung des inneren Milieus. Sie ist aber auch die direkte Verbindung der Zellen mit ihrer Außenwelt, erkennt und filtert Signale. Im Detail erfolgt die Signalweiterleitung ins Zellinnere über membranständige Rezeptorproteine, die sich frei in der Membran bewegen können. Diese Beweglichkeit erschwert jedoch die Beobachtung der Prozesse.

Im Journal „Angewandte Chemie“ hat das Team um Leif Dehmelt in Zusammenarbeit mit der Gruppe von Yao-Wen Wu vom Chemical Genomics Centre eine neue Technik, das „Molecular Activity Painting (MAP)“, zur Untersuchung von Signalübermittlung an der Membran entwickelt. Dabei verankern sie die Zelle über künstliche Rezeptoren an einer Glasfläche und aktivieren ein lichtempfindliches Molekülsystem auf der Zellinnenseite des Rezeptors mit einem fokussierten Laserstrahl, der wie ein „molekularer Pinsel“ funktioniert. Dadurch werden Signalmoleküle, die „molekulare Tinte“, zielgenau rekrutiert. Das „gemalte“ Bild erscheint.

Mit dieser Technik konnten die Wissenschaftler muskelartige, kontraktile Strukturen in Säugerzellen steuern. Dabei „malten” sie den Effektor dieser Strukturen, die kleine GTPase Rho1, die eine wichtige Rolle in einer Vielzahl biologischer Prozesse, wie z. B. in der Embryogenese oder der Metastasierung von Krebszellen spielt, in Form des Buchstaben N auf die Plasmamembran.

„Das Besondere an dieser Technik ist, dass sie sich universal einsetzen lässt. „Molecular Activity Painting“ ermöglicht die gezielte Steuerung von regulatorischen Netzwerken in lebenden Zellen im Mikrometer-Maßstab“, so Leif Dehmelt.

JJ/PH



Text basiert auf "Was passiert in lebenden Zellen?"

 
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