Nahfeldspektroskopische Untersuchungen an einzelnen Membranproteinen in ihrer natürlichen Umgebung

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Das hier beantragte Forschungsprojekt zielt auf die Realisierung von nahfeldoptischen Untersuchungen mit hoher räumlicher Auflösung zur Identifizierung einzelner Membranproteine und ihrer funktionellen Charakterisierung in ihrer natürlichen Umgebung unter physiologisch relevanten Bedingungen. Aufgrund der sehr hohen Dichte vieler Proteine in zellulären Membranen, muss eine optische Auflösung im Bereich von 10-20nm bereitgestellt werden, um einzelne Membranproteine abbilden zu können. Im Gegensatz zur herkömmlichen Aperturnahfeldmikroskopie erreichen aperturlose Sonden diesen Bereich. Der hier gewählte Ansatz basiert dabei auf der Verwendung von spitz zulaufenden, beleuchteten Metallsonden, die durch eine große Verstärkung des elektrischen Feldes an der vordersten Spitze der Sonde eine stark lokalisierte Anregungsquelle bereitstellen. Die Realisierung der angestrebten Messungen ist eng verknüpft mit der Weiterentwicklung der Sonden, um eine Sensitivität zu erreichen, mit der es möglich wird, das Signal einzelner Proteinmoleküle detektieren zu können. Ein weiterer Schwerpunkt des Projektes liegt in der Durchführung von Messungen in Flüssigkeiten durch die Einführung einer Kraftabstandskontrolle, die an den herkömmlichen Tapping-Mode in der Rasterkraftmikroskopie angelehnt ist. Dieser Ansatz eignet sich speziell für kraftsensitive Messungen in Flüssigkeiten. Durch die Verwendung von scharfen Metallspitzen als Nahfeldsonde bietet sich auch die Möglichkeit gleichzeitig zu den optischen Information auch die Topographie mit hoher Auflösung aufzeichnen zu können. Im Fokus der geplanten nahfeldspektroskopischen Untersuchungen stehen zwei verschieden Membranproteine, das AE1-Protein in der Plasmamembran von Erytrocyten sowie das Zeiladhäsionsprotein E-Selektin, das die Adhäsion zwischen Leukocyten und Endothelzellen vermitteln. Neben der Bestimmung der entsprechenden Proteinverteilung in den zellulären Membranen sollen auch funktionelle Aspekte, die beispielsweise mit Konformationsänderungen des Proteins in Verbindung stehen, betrachtet werden.