Ein neuer Ansatz zur Kartierung von Zellen im Körper
Dank der neuesten Fortschritte in der Lichtmikroskopie ist eine genauere Darstellung von zellulären Elementen möglich geworden. Die infrage kommende Technologie, als STED-Mikroskopie (stimulated emission depletion, STED) bekannt, verschiebt die herkömmliche Auflösung von etwa 200 bis 300 nm auf beeindruckende 30-60 nm. In Kombination mit einer anderen neuen Technologie - der zweifarbigen STED-Mikroskopie - konnten die Forscher die Position der Zellelemente mit Nanometer-Genauigkeit bestimmen. Das EU-finanzierte NANOMAP-Projekt (The synapse nanomap) arbeitete daran, eine zelluläre Nanokarte der Synapse mithilfe von Mikroskopie zu erstellen, eine Aufgabe, die mit der konventionellen Lichtmikroskopie nicht machbar ist. Das Projekt nutzte STED-Mikroskopie, um die Positionen der wichtigsten Komponenten der Synapse effektiv zu lokalisieren. Genauer gesagt verwendete das Projektteam gezüchtete Hippocampus-Neuronen, die synaptische Nervenendigungen von 1-Mikron-Durchmesser haben, um die Orte der synaptischen Proteine zu identifizieren, die an der Freisetzung von Neurotransmittern beteiligt sind. Es befasste sich auch mit anderen relevanten Elementen wie Zytoskelett, Mitochondrien und Endosomen der Synapse. Mithilfe der STED-Bildgebung, Elektronenmikroskopische Positionierung und in silico-Modellierung entwickelten die Forscher zunächst eine Nanomap von fast der Hälfte der zellulären Elemente innerhalb der Synapse. Die Nanomap deckte drei verschiedene Synapsensysteme ab, nämlich isolierte kortikale Synapsen, gezüchtete Hippocampus-Synapsen und Nerv-Muskel-Synapsen der Maus. Die Bemühungen des Teams wurden durch die Anwendung quantitativer Biochemie verbessert, um die Anzahl der der Kopien für jedes dieser Proteine zu untersuchen. Durch eine Kombination von westlichem Blotting mit modernen Massenspektrometrieansätzen wurde die Anzahl der Kopien für ca. 1 200 Proteine in den Synapsen bestimmt, was mehr als 90% der Synapse darstellt. Die resultierende 3D-Nanomap wurde somit im Einklang mit den Zielen des Projekts konzipiert und eröffnete neue Wege zur Synapsenforschung. Wichtig ist, dass die Arbeit mehrere Themen in den Neurowissenschaften klärt. Dazu gehören Korrelationen zwischen Elementen der prä- und postsynaptischen aktiven Zone, das Abrufen von synaptischen Vesikeln und die Rolle der Zytoskelett-Elemente bei der synaptischen Übertragung. Die resultierende Karte soll andere Forscher dazu anspornen, anspruchsvollere zelluläre Nanomaps zu entwickeln und fehlerhafte zelluläre Fraktionierungstechniken zu ersetzen, um den Standort von Proteinen zu bestimmen.
Schlüsselbegriffe
Cellular-Mapping, Synapse, Mikroskopie, stimulated emission depletion, NANOMAP
