Projektbeschreibung
Die Sondierung lebendiger Materie über den zellulären Maßstab hinaus
Menschliche Zellen erhalten, verarbeiten und senden lebenswichtige Signale dank Strukturen – Organellen –, die weniger als ein Millionstel eines Meters groß und ständig in Bewegung sind. Bislang waren die Bemühungen der Forschung erfolglos, diese Signale in Zellen bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der nötigen räumlichen und zeitlichen Auflösung einzufangen. Das EU-finanzierte Projekt CAPTUR3D wird diesen Engpass beseitigen. Das Projekt wird die Spitze eines Laserstrahls um bestimmte Organellen kreisen lassen, genau wie ein Satellit um die Erde kreist, um deren Struktur und Funktion mit beispielloser räumlicher und zeitlicher Auflösung zu untersuchen. Die innovative Strategie wird auf das Insulinkörnchen angewandt werden, eine mikroskopische Struktur, die für die Regulierung der Glukosespiegel im Blut verantwortlich ist. Allgemein wird der neue Ansatz die Herangehensweise der Forschung an die Untersuchung lebendiger Materie im subzellularen Bereich radikal verändern.
Ziel
Which physical principles govern life regulation at the level of subcellular, membrane-enclosed nanosystems, such as transport vesicles and organelles? How do they achieve controlled movements across the crowded intracellular world? Which is the structural and functional organization of their surface and their lumen? This is only a small subset of key open questions that the biophysical approach envisaged here will allow to answer directly within living matter, for the first time.
Thus far, state-of-the-art optical microscopy tools for delivering quantitative information in living matter failed to subtract the natural 3D movement of subcellular nanosystems while preserving the spatial and temporal resolution required to probe their structure and function at the molecular level.
CAPTUR3D will tackle this bottleneck. An excitation light-beam will be focused in a periodic orbit around the nanosystem of interest and used to localize its position with unprecedented spatial (~10 nm) and temporal (~1000 Hz frequency response) resolution. Such privileged observation point will push biophysical investigations to a new level. For the first time, state-of-the-art imaging technologies and analytical tools (e.g. fluorescence correlation spectroscopy), will be used to perform molecular investigations on a moving, nanoscopic reference system.
The insulin secretory granule (ISG) is selected as a paradigmatic case study. Key open issues at the ISG level are selected, namely: (i) ISG-environment interactions and their role in directing ISG trafficking, (ii) ISG-membrane spatiotemporal organization, (iii) ISG-lumen structural and functional organization, (iv) ISG alterations in type-2 diabetes (T2D). These issues will be tackled directly within human-derived Langherans islets.
CAPTUR3D is envisioned not only to foster our knowledge on T2D physiopathology but also to concomitantly drive an unprecedented revolution in the way we address living matter at the subcellular scale.
Wissenschaftliches Gebiet
Programm/Programme
Thema/Themen
Finanzierungsplan
ERC-COG - Consolidator GrantGastgebende Einrichtung
56126 Pisa
Italien