Live Cell Imaging Mikroskopsystem

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Das Live Cell Imaging System wurde sehr intensiv genutzt, um wissenschaftliche Fragen aus Teilprojekten des SFBs 854 „Molekulare Organisation der zellulären Kommunikation im Immunsystem“ zu beantworten. Ein Schwerpunkt lag auf den im Nervensystem wichtigen synaptischen Gerüstproteinen ProSAP/Shank, deren genetische Veränderungen im Zusammenhang mit Autismus stehen. Shank-Proteine sind auch in T-Lymphozyten exprimiert und spielen eine Rolle bei der T-Zellentwicklung. Unter Nutzung des Live Cell Imaging Systems und der TIRF-Mikroskopie konnte gezeigt werden, dass Shank2 in T-Zellen in der Zellmembran zu finden ist und nach T-Zellrezeptor (TCR)-Aktivierung in die Immun-Synapse rekrutiert wird. Vorläufige Daten deuten an, dass ProSAP/Shank-Proteine sich innerhalb motiler Mikrocluster aufhalten, die wichtig für die initiale und die anhaltende Signalgebung des TCRs sind. In ähnlichen Studien zeigten TIRF- mikroskopische Aufnahmen eine dynamische Rekrutierung des fluoreszenzmarkierten Kaliumkanals Kv1.3 in die Immun-Synapse. Der mit mentaler Retardierung in Verbindung stehende Rho-GTPase Aktivator αPIX (arhgef6) ist ebenfalls wichtig für die T-Zellentwicklung und Aktivierung und reguliert das TCR-induzierte inside out signaling hin zur Aktivierung von LFA-1. Mit Hilfe von in vitro und in vivo Live Cell Imaging Analysen wurde gezeigt, das αPIX-defiziente Thymozyten wesentlich motiler sind als Wildtyp-Zellen, weniger mit Stroma-Zellen interagieren und nicht effektiv auf TCR-Stoppsignale reagieren. Zusammen führen diese Alterationen in αPIX-defizienten Tieren zu einer Einschränkung der positiven Selektion von CD4+CD8+ doppelpositiven Thymocyten. Der CD28 Superagonist TGN1412 löste in einer Phase I-klinischen Studie bei Probanden einen schweren Zytokinsturm aus. Um diese unerwartete Nebenwirkung molekular zu erklären, wurden u. a. Live Cell TIRF-Analysen mit humanen T-Zellen durchgeführt. Ähnlich wie die anti-CD3 Antikörper-Stimulierung führt auch die TGN1412-Behandlung zur Ausbildung von signalaktiven Microclustern in der Zellmembran. Es stellte sich allerdings heraus, dass die TGN1412-induzierten Microcluster innerhalb der Membran nicht mobil sind und keine zentripetale Bewegung durchführen, die nach TCR/CD3-Stimulierung zu beobachten ist. Eine alterierte Microcluster- Dynamik nach TGN1412-Behandlung könnte zur starken und anhaltenden Aktivierung humaner T-Zellen beitragen. In einem EraNet-geförderten Projekt zur Nervenregeneration wurde der Frage nachgegangen, ob verschiedene Zellen des Nervensystems in Zellkultur fluoreszenzmarkierte Nanopartikel (zellspezifisch) inkorporieren. Hier wurde gezeigt, dass primär Mikroglia Nanopartikel inkorporieren. Durch Live Cell Imaging wurde eine gestörte Regeneration eines in Kultur mit Minocyclinbehandelten Astrogliarasen festgestellt.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Loss of Lsc/p115 protein leads to neuronal hypoplasia in the esophagus and an achalasialike phenotype in mice. Gastroenterology. 2010 139(4):1344-54
  Zizer E, Beilke S, Bäuerle T, Schilling K, Möhnle U, Adler G, Fischer KD, Wagner M.
  
• Non-esterified polyunsaturated fatty acids distinctly modulate the mitochondrial and cellular ROS production in normoxia and hypoxia. J Neurochem. 2011 118(1):69-78
  Schönfeld P, Schlüter T, Fischer KD, Reiser G.
  
• Dysregulation of Rho GTPases in the aPix/Arhgef6 mouse model of X-linked intellectual disability is paralleled by impaired structural and synaptic plasticity and cognitive deficits. Hum Mol Genet. 2012 21 (2):268-86
  Ramakers GJ, Wolfer D, Rosenberger G, Kuchenbecker K, Kreienkamp HJ, Prange-Kiel J, Rune G, Richter K, Langnaese K, Masneuf S, Bösl MR, Fischer KD et al.
  
• Magnetic nanoparticles in primary neural cell cultures are mainly taken up by microglia. BMC Neurosci. 2012 13:32
  Pinkernelle J, Calatayud P, Goya GF, Fansa H, Keilhoff G.
  
• Poly-l-lysine-coated magnetic nanoparticles as intracellular actuators for neural guidance. Int J Nanomedicine. 2012 7:3155-66
  Riggio C, Calatayud MP, Hoskins C, Pinkernelle J, Sanz B, Torres TE, Ibarra MR, Wang L, Keilhoff G, Goya GF, Raffa V, Cuschieri A.
  
• Toxoplasma gondii actively inhibits neuronal function in chronically infected mice. PLoS One. 2012 7(4):e35516
  Haroon F, Händel U, Angenstein F, Goldschmidt J, Kreutzmann P, Lison H, Fischer KD, Scheich H, Wetzel W, Schlüter D, Budinger E.
  
• Multimolecular analysis of stable immunological synapses reveals sustained recruitment and sequential assembly of signaling clusters. Mol Cell Proteomics. 2013 12(9):2551-67
  Philipsen L, Engels T, Schilling K, Gurbiel S, Fischer KD, Tedford K, Schraven B, Gunzer M, Reichardt P.
  
• Neuronal cells loaded with PEI-coated Fe3O4 nanoparticles for magnetically guided nerve regeneration. Journal of Materials Chemistry. 2013 B1(29):3607-3616
  Calatayud, M.P., Riggio, C., Raffa, V., Sanz, B., Torres, T.E., Ibarra, M.R., Hoskins, C., Calatayud, M.P.a , Riggio, C.b, Raffa, V.b, Sanz, B.a, Torres, T.E.acd, Ibarra, M.R.acd, Hoskins, C.e, Cuschieri, A.e, Wang, L.e, Pinkernelle, J.f, Keilhoff, G., Goya, G.F.
  
• Prolonged minocycline treatment impairs motor neuronal survival and glial function in organotypic rat spinal cord cultures. PLoS One. 2013 8(8):e73422
  Pinkernelle J, Fansa H, Ebmeyer U, Keilhoff G.