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Forschung & Entwicklung Tiefere Einblicke in Zellmechanismen

Fluoreszenzmikroskopie bietet mithilfe neuer synthetischer Moleküle Einblicke ins Zellinnere und damit Potenzial für den gezielten Einsatz zukünftiger intrazellulärer Medikamenten.

Chemiker und Toxikologen der Universität Ulm sowie des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung in Mainz haben thiophenbasierte Oligomere so modifiziert, dass diese in lebende Zellen eingebracht werden können. Diese maßgeschneiderten synthetischen Moleküle sind mit Gruppen ausgestattet, die für eine gute Löslichkeit in nicht-wässriger Umgebung sorgen. Dank der Feinabstimmung einzelner Strukturkomponenten lassen sich die neuen Moleküle zudem gut optisch durch Fluoreszenz detektieren.

„Mittels Fluoreszenzmikroskopie sehen wir, ob die Moleküle einzeln oder in Verbünden vorliegen. Zudem lässt sich beobachten, an welchem Ort und zu welcher Zeit eine Selbstorganisation stattfindet“, erklärt Prof. Ulrich Ziener vom Institut für Organische Chemie III der Universität Ulm. Dabei sei alleine die Lokalisierung der Moleküle in der fluoreszierenden Zelle herausfordernd. Insgesamt haben die modifizierten Oligomere eine „Reporterfunktion“. Sie helfen den Wissenschaftlern, Mechanismen im Zellinneren zu verstehen.

Der Blick in die Zelle

Im Zuge der Studie haben die Forscher beispielsweise intrazelluläre Transportwege unterbrochen und die geänderten Molekülbewegungen nachvollzogen. Abhängig von der genauen Struktur bewegen sich die Moleküle über verschiedene Zellkompartimente bis in die Nähe des Zellkerns und bilden dort größere Molekülverbünde – oder sie reichern sich in den Mitochondrien, den Zellkraftwerken, an. Dies lässt sich durch den Einsatz eines spezifischen pharmakologischen Inhibitors und die Erniedrigung der Temperatur steuern: Detailliertere Kenntnisse über diese Vorgänge im Zellinneren könnten auf längere Sicht zu einem gezielten Einsatz von Medikamenten führen, die beispielsweise an den Mitochondrien angreifen, hoffen die Forscher. Allerdings müsse noch weiter an der genauen Lokalisierung der Moleküle im Zellinneren geforscht werden.

Die Wissenschaftler wurden von der Deutschen Forschungsgemeinschaft, insbesondere auch über die beiden Ulmer Sonderforschungsbereiche SFB1149 „Gefahrenantwort, Störfaktoren und regeneratives Potential nach akutem Trauma“ und SFB1279 „Nutzung des menschlichen Peptidoms zur Entwicklung neuer antimikrobieller und anti-Krebs Therapeutika“ gefördert. Weitere Unterstützung erhielten sie aus dem ERC Synergy Grant Bio Q, dem Projekt HYPERDIAMOND sowie vom Fonds der Chemischen Industrie.

von mg

Originalveröffentlichung:
[D. Y. W. Ng, R. Vill, Y. Wu, K. Koynov, Y. Tokura, W. Liu, S. Sihler, A. Kreyes, S. Ritz, H. Barth, U. Ziener, T. Weil, Directing Intracellular Supramolecular Assembly with N-heteroaromatic Quaterthiophene Analogues, Nat. Commun. 8 (2017). DOI:10.1038/s41467-017-02020-2]

www.uni-ulm.de

www.mpip-mainz.mpg.de

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