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Bildgebung für Reaktionswege der Zellaktivierung

In Zellen werden Umweltreize in intrazelluläre Reaktionen umgewandelt, indem Zellmembranrezeptoren ineinandergreifen. Die Beschreibung der Zelltransduktionswege auf der Einzelmolekülebene erfordert innovative Technologie.
Bildgebung für Reaktionswege der Zellaktivierung
Während der Zellaktivierung hängt die Transduktion von Informationen innerhalb der Zellen von transienten und heterogenen Signalisierungskomplexen ab, zu denen Oberflächenrezeptoren, intrazelluläre und Adapterproteine zählen. Mikrocluster dieser Art spielen eine wesentliche Rolle bei der T-Zell-Aktivierung und beeinflussen die Fähigkeit des Immunsystems, angemessen auf fremde Krankheitserreger zu reagieren.

Beschränkungen der existierenden experimentellen Techniken lassen keine Aufklärung der Struktur, des Inhalts und der Organisation von Signalisierungskomplexen zu. Zur Abbildung der dem T-Zellrezeptor nachgelagerten Komplexe kombinierte man im Rahmen des von der EU finanzierten Projekts PALM TCR COMPLEXES (Studying the structure and dynamics of TCR nucleated complexes at the single molecule level) photoaktivierte Lokalisationsmikroskopie (Photoactivated Localisation Microscopy, PALM) mit Einzelmolekül-Lokalisierungsmikroskopie (Single Molecule Localisation Microscopy, SMLM).

Die Forscher interessierten sich insbesondere für eine Modellierung des Fakts, wie sich einzelne Moleküle, die Teil von Signalisierungskomplexen sind, an der Zellaktivierung beteiligen. Sie stellten die Hypothese auf, dass Komplexe verschiedene Ebenen eine dynamischen Organisation aufweisen, welche den mannigfaltigen Funktionen aktivierter T-Zellen dienen.

Die Resultate der Bildverarbeitung ergaben, dass Signalisierungskomplexe durch nanoskalige Organisation an der Plasmamembran aktivierter T-Zellen charakterisiert sind. Eine optische Rekonstruktion dieser Bilder in mehreren Farben lieferte eine Auflösung bis in den Bereich von 20 nm, was ausreichend ist, um die Untersuchung von Signalisierungskomplexen auf Einzelmolekülebene zu ermöglichen.

Einzelmolekül-Superauflösungs-Bildgebung gestattete den Wissenschaftlern die Erforschung der Komplexität der molekularen Wechselwirkungen einschließlich der potenziellen Kooperativität oder Konkurrenz bei der molekularen Bindung. Deren Resultate bewiesen, dass die Signalisierungskomplexe bei der T-Zell-Aktivierung zusammenwirken. Überdies wurden biophysikalische Modelle und statistische Methoden eingesetzt, um kritische Mechanismen der Zellaktivierung durch Signalisierungskomplexe aufzuklären.

Die entwickelten Verfahren besitzen auch für andere Signalisierungssysteme Relevanz und werden das Verständnis der Zusammensetzung und der Bildung von Signalisierungskomplexen bei der Zellaktivierung im gesunden und kranken Zustand stark erweitern. Erkenntnisse dieser Art werden neuartige Möglichkeiten des pharmakologischen Eingriffs bei Krankheiten mit abweichender Signalisierung und Zellfunktionsstörung wie etwa bei Krebs ergeben.

Verwandte Informationen

Fachgebiete

Life Sciences

Schlüsselwörter

T-Zell-Aktivierung, Signalisierung, PALM TCR COMPLEXES, PALM, SMLM
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