600 MHz NMR-Spektrometer-Upgrade plus Kryo-Plattform und Kryo-Probenkopf (Teilfinanzierung)

• Fachliche Zuordnung: Grundlagen der Biologie und Medizin
• Förderung: Förderung in 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 497967936

Das Hauptziel des Vorhabens ist es die herausragenden Eigenschaften von Fluoratomen (19F) für NMR-basierte Strukturuntersuchung für die Forschungsgruppen der HHU nutzbar zu machen. Die Maßnahme stellt daher eine wesentliche Anwendungserweiterung des seit 2004 bestehenden Biomolekularen NMR-Zentrums dar, welche hochaufgelöste Einblicke in zelluläre Systeme sowie deutlich effizientere Antibiotikaentwicklung ermöglichen wird. Aktuell gibt es an der HHU keine adäquate Möglichkeit 19F Kernspins in biologischen Makromolekülen und in lebenden Systemen zu nutzen. Eine stetig wachsende Zahl an Forschungsergebnissen anderer NMR-Zentren bestätigt jedoch die breite Anwendbarkeit und den enormen wissenschaftlichen Nutzen des 19F Kernspins. Der eigentliche Nutzen der 19F-Detektionstechnik rührt daher, dass Fluoratome zum einen sehr gute NMR-Eigenschaften haben (100 % Vorkommen des NMR-aktiven Isotops, hohe Signalstärke und starke Abhängigkeit der NMR-Frequenz von der chemischen Umgebung). Des Weiteren liegt 19F nur in vernachlässigbaren Mengen in biologischen Systemen, wie z.B. eukaryotischen Zellen, vor. Es gibt aber zahlreiche Möglichkeiten, Moleküle gezielt mit 19F zu markieren. Dies ermöglicht z.B. hochsensitive und hochaufgelöste NMR-Untersuchungen von 19F markierten Molekülen ihrer nativen zellulären Umgebung, da praktisch kein Hintergrundsignal von der Zelle ausgeht. Für die regulären NMR-aktiven Atomkerne biologischer Systeme (1H, 13C, 15N, 31P) ist dies nicht der Fall. Konkret geplante 19F-NMR Anwendungen beinhalten daher u.a. die Untersuchung der Struktur und Dynamiken von Neuropeptiden, G-Protein gekoppelten Rezeptoren sowie der DNA-vermittelten Katalyse mittels sogenannter in-cell NMR Methoden. Zusätzlich soll die in-cell NMR weiterentwickelt werden, indem nicht nur isolierte Zellen verwendet werden, sondern erstmalig auch sogenannte drei-dimensionale Organoide, wie z.B. Hirnorganoide.Neben der in-cell NMR bietet die 19F NMR-Spektroskopie zudem einzigartige Möglichkeiten für in vitro Untersuchungen, wie z.B. der Charakterisierung von Nukleinsäurestrukturen oder dem Screening von Protein-Ligand Interaktionen. Für letzteres soll im Rahmen der Maßnahme ebenfalls ein automatisierter Probenwechsler erworben werden, welcher ein effizientes Screening von Substanz(fragment)en, z.B. für die Entwicklung einer neuen Klasse von Antibiotika, ermöglichen soll. Die neuen in-cell NMR Möglichkeiten lassen sich in idealer Weise mit Kryo-Elektronentomo-graphie kombinieren. Die geplante Verbindung der in-cell NMR und der Kryo-Elektronen-tomographie wird einen herausragenden Mehrwert für beide Schwerpunkte der HHU generieren, der weltweit nur an wenigen Standorten verfügbar ist. Bei dieser Maßnahme handelt es sich um eine Neubeschaffung, die dazu dienen soll, einen bereits vorhandenen und vollkommen intakten 14,1 Tesla supraleitenden 600-MHz-NMR-Magneten in ein zeitgemäßes und für den Standort sinnvolles Werkzeug für in-cell und in-organoid NMR zu überführen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: 600 MHz NMR-Spektrometer-Upgrade plus Kryo-Plattform und Kryo-Probenkopf (Teilfinanzierung)
• Gerätegruppe: 1740 Hochauflösende NMR-Spektrometer
• Antragstellende Institution: Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf
• Leiter: Professor Dieter Willbold, Ph.D.