Bildgebungssystem in Nanometerskala für lebende Zellen auf Basis der Fluoreszenzlebensdauer

Das beantragte fluoreszenzlebensdauerbasierte konfokale und superauflösende Mikroskopiesystem ermöglicht die Untersuchung molekularer Interaktionen und Dynamiken in lebenden Zellen im Nanometerbereich. Zahlreiche zentrale biologische Prozesse, darunter synaptische Plastizität, Chromatinorganisation, Organellentransport und Zytoskelett-Remodellierung, finden unterhalb der Beugungsgrenze konventioneller Lichtmikroskopie statt. Diese sind mit der bestehenden Infrastruktur nicht erfassbar. Superauflösende Mikroskopie hat die zellbiologische Forschung grundlegend erweitert; insbesondere die stimulierte Emissionsdepletion (STED) stellt eine vielseitige Methode für vielfarbige Lebend-Zell-Bildgebung dar. Die Lebensdauer-STED-Mikroskopie (LT-STED) nutzt Fluoreszenzlebensdauerinformationen zur Erzielung sehr hoher räumlicher Auflösung bei gleichzeitig geringer Lichtbelastung und erlaubt damit Langzeituntersuchungen empfindlicher Proben wie lebender Neuronen oder Pflanzenzellen. In Kombination mit einer leistungsfähigen konfokalen Plattform mit Weißlichtlaser und Lebensdauerdetektoren ermöglicht das System sowohl schonende Superauflösungsbildgebung als auch fortgeschrittene Multiplex- und Fluoreszenzlebensdauermikroskopie (FLIM)-Anwendungen. Dadurch eröffnen sich neue Möglichkeiten zur Analyse von Signalnetzwerken, Organellenkommunikation und Proteindynamiken in lebenden Zellen und Geweben. Das LT-STED/konfokale Mikroskop stellt eine substanzielle Erweiterung der Mikroskopie-Infrastruktur an der Humboldt-Universität zu Berlin dar und fördert interdisziplinäre Forschung sowie die Ausbildung des wissenschaftlichen Nachwuchses auf dem neusten Stand der Technik. Mehrere Forschungsvorhaben sind unmittelbar auf die Verfügbarkeit dieses Systems angewiesen und mit der vorhandenen Ausstattung nicht realisierbar. Die Arbeitsgruppe Mikhaylova untersucht die Wechselwirkungen zwischen dem Zytoskelett und Synapsen in Säugetier-Neuronen, einschließlich Veränderungen in SHANK3-assoziierten Autismusmodellen sowie der Rolle autophagosomaler und lysosomaler Abbauwege. LT-STED ermöglicht hierbei Lebend-Zell- und Volumenbildgebung im Nanometerbereich, während FLIM zur funktionellen Charakterisierung degradativer Kompartimente eingesetzt wird. Die Arbeitsgruppe Plested nutzt vielfarbige LT-STED-Mikroskopie zur Analyse der Synapsenorganisation im Nanometerbereich und der räumlichen Verteilung von Glutamatrezeptoren, ergänzt durch FLIM-FRET (Förster-Resonanzenergietransfer) zur Untersuchung der Rezeptordynamik. Die Arbeitsgruppe Kaufmann verwendet dreidimensionale Multiplex-Bildgebung zur Analyse von Transkriptionsfaktor-mobilität, Chromatinarchitektur und Genregulation während der Pflanzenentwicklung und Umweltanpassung. Insgesamt stärkt das beantragte System die fachbereichsübergreifende Zusammenarbeit und positioniert die HU als leistungsfähigen Standort für Forschung mit fortschrittlicher hochauflösender Mikroskopie.