Descrizione del progetto
Analisi della struttura e della dinamica delle proteine su scala nanometrica
Presentato per la prima volta nel 2012, il trasferimento di energia indotto da metallo a molecola singola può essere utilizzato per il rilevamento della posizione di singole molecole vicine a una superficie metallica con precisione nanometrica. Durante l’avvicinamento a una superficie metallica, la molecola fluorescente trasferisce la sua energia di stato eccitato ai plasmoni superficiali presenti nel metallo. Alcuni ricercatori si sono avvalsi di questo metodo per la mappatura delle membrane cellulari con una risoluzione assiale nanometrica. L’obiettivo del progetto smMIET, finanziato dall’UE, è l’ampliamento delle applicazioni potenziali di questo nuovo concetto di localizzazione di singola molecola. In particolare, il progetto applicherà tale tecnologia per porre rimedio alla struttura globale dei complessi macromolecolari, alle fluttuazioni conformazionali delle proteine intrinsecamente disordinate, alle dinamiche delle membrane lipidiche o al trasporto di proteine nei bistrati lipidici.
Obiettivo
The core aim of the project is to develop the technology of Single-Molecule Metal-Induced Energy Transfer (smMIET) for resolving macromolecular structure and dynamics with sub-nanometre spatial resolution and nanosecond temporal resolution. Metal-Induced Energy Transfer or MIET was first developed in our group in 2012 for mapping cellular membranes with nanometre axial resolution. It exploits the effect that a fluorescent molecule, when brought close to a metal surface, can transfer its excited state energy to surface plasmons in the metal, which leads to a strong distance-dependence of its fluorescence lifetime and intensity. This strong lifetime-distance dependence allows for converting a measured fluorescence lifetime into a distance from the metal surface. Combining this concept with single-molecule localization super-resolution microscopy and with fluorescence correlation spectroscopy will resolve three-dimensional structures with nanometre isotropic resolution, and structural dynamics on the nanometre length scale with nanosecond temporal resolution. Among its many applications, the project will develop and apply smMIET for resolving the global structure of macromolecular complexes and its dynamics, the conformational fluctuations of intrinsically disordered proteins, the dynamics of lipid membranes in a leaflet-resolved manner, or the transport of proteins across lipid bilayers. We will establish smMIET as a toolbox for structural and molecular biology that is comparable and complementary in its usefulness and versatility to conventional Förster Resonance Energy Transfer (FRET) or Fluorescence Correlation Spectroscopy (FCS).
Campo scientifico
- natural sciencesphysical sciencesopticsmicroscopysuper resolution microscopy
- natural sciencesbiological sciencesbiochemistrybiomoleculesproteins
- natural sciencesphysical sciencesopticsmicroscopyfluorescence lifetime imaging
- natural sciencesbiological sciencesbiochemistrybiomoleculeslipids
- natural sciencesphysical sciencesopticsspectroscopy
Programma(i)
Argomento(i)
Meccanismo di finanziamento
ERC-ADG - Advanced GrantIstituzione ospitante
37073 Gottingen
Germania