Entwicklung genetisch kodierter K+-Fluoreszenzsensoren

Die subzelluläre Anreicherung von Kaliumionen (K+) ist ein unerlässlicher biochemischer Vorgang, welche wichtige zellphysiologische Abläufe steuert. Vor allem erregbare Zellen wie Muskel-, Nerven- und Drüsenzellen sind in der Lage über Zellmembranen ihre K+-Konzentrationen zu verändern, um damit auf unterschiedliche Reize adäquat reagieren und spezifische Funktionen richtig erfüllen zu können. Störungen der Kaliumhomöostase auf zellulärer Ebene führen daher zu schweren Ausfallserscheinungen von Zellen und ganzen Organen. Solche Defekte im zellulären Kaliumhaushalt können unterschiedliche Erkrankungen des Herzkreislauf- und Nervensystems, sowie Stoffwechselstörungen, Muskelerkrankungen und möglicherweise sogar Krebs auslösen und Altersvorgänge beeinflussen. Man nimmt an, dass für die Aufrechterhaltung normaler Zellfunktionen auch innerhalb einer Zelle K+ in den verschiedenen Zellorganellen unterschiedlich stark angereichert und gezielt zwischen den einzelnen Zellkompartimenten ausgetauscht werden. Diese offenbar wichtigen intrazellulären Verschiebungen sind kaum erforscht, weil es bisher an Techniken fehlt, welche Messungen von K+-Konzentrationsänderungen innerhalb von lebenden Zellen mit hoher zeitlich- und räumlicher Auflösung ermöglichen. In diesem Forschungsprojekt werden nun neuartige, aus fluoreszierenden Eiweißmolekülen aufgebaute K+ Sensoren entwickelt. Diese nanoskopischen Biosensoren können in Zellkompartimenten eingebracht werden, wodurch Echtzeitmessungen von lokalen K+ Änderungen erstmals zugänglich werden. Die Entwicklung, Testung und Anwendung der neuen leuchtenden K+ Biosensoren für bestehende hochauflösenden Fluoreszenzmesssystemen soll ein besseres Verständnis über selbst kleinste Ionenveränderungen liefern - winzige Ionenveränderungen mit womöglich großen Auswirkungen auf die Gesundheit.

DFG-Verfahren Sachbeihilfen

Internationaler Bezug Österreich

Kooperationspartner Professor Dr. Wolfgang Graier; Professor Roland Malli