Konfokales Hochdurchsatzmikroskop
Final Report Abstract
Ziel unserer Forschungsarbeiten ist es, zu verstehen, wie Chemorezeptoren die Sinneswahrnehmung beeinflussen. Dazu verknüpfen wir molekulare und zelluläre Analysen der beteiligten Rezeptoren und ihrer Signalkaskaden mit Verhaltensexperimenten. In diesen Untersuchungen müssen zum Teil Tausende von Rezeptor-Wirkstoff Kombinationen getestet werden. Für diese große experimentelle Herausforderung ist der bewilligte Pathway Bioimager 855 als vollautomatisiertes konfokales Mikroskop ideal geeignet. Dieses Gerät erlaubt uns, Hochdurchsatzanalysen von subzellulären Strukturen und Echtzeit-Beobachtung von Signaltransduktionsprozessen durchzuführen. Mithilfe des Pipettierroboters können wir lebende Zellen mit Testlösungen stimulieren und ihre Reaktionen beobachten. Seit seiner Anschaffung vor drei Jahren ist der Pathway Bioimager 855 ein Kerngerät unserer Abteilung. Wir können unsere Versuchsreihen erheblich schneller beenden, da wir routinemäßig täglich mehrere hundert Einzelmessungen mit ihm durchführen. Das Gerät nutzen wir insbesondere zur zielgerichteten Untersuchung von G-Protein gekoppelten Rezeptoren mittels Calcium Imaging. Unser Schwerpunkt liegt auf der Deorphanisierung von Geruchs-, Geschmacksund Pheromonrezeptoren sowie deren Interaktion mit verschiedenen Signaltransduktionskomponenten. In einer kürzlich publizierten Studie haben wir in Kooperation mit Prof. Strotmann (Physiologie, Universität Hohenheim) erfolgreich Funktionsuntersuchungen an Geruchsrezeptoren durchgeführt. In einem weiteren in diesem Jahr publizierten Projekt konnten wir in kurzer Zeit ein präzises pharmakologisches Profil aller zehn Formylpeptid-Rezeptoren von Maus und Menschen für mehr als 30 Wirkstoffe erstellen. Diese Studien zeigten erstmals, dass der Rezeptor mFpr-rs1 stereospezifisch durch strukturverwandte Peptide aktiviert wird. Darüber hinaus konnten wir ein Schlüsselmotiv für Wirkstoffe identifizieren, das in ähnlicherweise in bakteriellen Peptiden vorkommt. Diese Befunde stützten unsere Hypothese, dass die Formylpeptidrezeptoren an der Geruchswahrnehmung von phathogenen Bakterien beteiligt sind. Ausgehend von diesen Ergebnissen haben wir in Kooperation mit der Arbeitsgruppe von Prof. Helms (Bioinformatik, Universität des Saarlandes) ein Projekt zur Struktur-Funktions-Untersuchung und Modellierung der Formylpeptid- Rezeptoren begonnen, welches uns erlaubt, die Interaktion von Wirkstoff und Rezeptor besser zu verstehen, um auf diese Weise wichtige natürliche Wirkstoffe für den Rezeptor zu identifizieren. Mit Hilfe des Pathway Bioimager 855 ist es uns inzwischen sogar gelungen, ein neuartiges Verfahren zur automatisierten mikroskopischen Funktionsuntersuchung von dissoziierten Sinneszellen des Vomeronasalorgans zu etablieren. Damit ist es nun möglich, routinemäßig Tausende von Sinneszellen mit vertretbarem Zeitaufwand zu untersuchen. Derzeit nutzen wir dieses neue Verfahren sehr erfolgreich zur Untersuchung des pharmakologischen Profils von mFpr-rs1 exprimierenden Sinneszellen und zur Analyse von Signaltransduktionskomponenten in Zellen genetisch veränderter Tiermodelle. In Kooperation mit Dr. Martin Jung (Institut für Biochemie, Universität des Saarlandes) erzeugen und analysieren wir Subtyp-spezifische Antikörper für die Formylpeptidrezeptoren, die wir mit Hilfe des Pathway Bioimager 855 immunhistochemisch testen. In einem weiteren Kooperationsprojekt haben wir zusammen mit Prof. Shi (Institute of Zoology, Kunming, China) die funktionelle Evolution von Geschmacksrezeptoren untersucht. Darüber hinaus nutzt die Arbeitsgruppe von Prof. M. Hoth (Biophysik, Universität des Saarlandes) den Pathway Bioimager 855 zur Untersuchung von zytotoxischen T-Lymphozyten und natürlichen Killerzellen. Der Bioimager findet hier insbesondere bei der Messung der Zytotoxizität Anwendung. Im 96-well-Format können Subpopulationen von Killerzellen von Patienten und gesunden Spendern auf Einzelzell-Ebene mit vertretbarem Zeitaufwand vergleichend funktionell charakterisiert werden.
Publications
- Formyl peptide receptors from immune and vomeronasal system exhibit distinct agonist properties. J Biol Chem. 2012 Sep 28;287(40):33644-55
Bufe B, Schumann T, Zufall F
(See online at https://doi.org/10.1074/jbc.M112.375774) - Mammalian-specific OR37 receptors are differentially activated by distinct odorous fatty aldehydes. Chem Senses 2012 Jun;37(5):479-93
Bautze V, Bär R, Fissler B, Trapp M, Schmidt D, Beifuss U, Bufe B, Zufall F, Breer H, Strotmann J
(See online at https://doi.org/10.1093/chemse/bjr130)
