Hochauflösende Mikroskopie von Protein Konformation

T Zellen sind zentrale Schaltstellen unseres Immunsystems bei der Erkennung von Antigenen. Das Schlüsselmolekül in diesem Prozess ist sicherlich der T Zell-Rezeptor, ein Komplex bestehend aus mehreren Proteinen, welche sich in der Plasmamembran der T Zelle lateral bewegen können. Bindet dieser Rezeptor ein Antigen-Molekül an der Oberfläche einer sogenannten antigen-präsentierenden Zelle, dann wird eine Signalkaskade in der T Zelle in Gang gesetzt. Erstaunlich an diesem Prozess ist die Kombination aus Sensitivität und Spezifität: eine T Zelle erkennt wenige Moleküle des Antigens in einem Hintergrund von Tausenden von anderen Antigen-Molekülen, welche keine Reaktion auslösen. Während viele der beteiligten Proteine bekannt sind, ist ihre Rolle sowie der Mechanismus des Erkennungsprozesses noch an vielen Stellen unklar. So weiß man zum Beispiel nicht, wie die extrazelluläre Bindung eines Antigens zu einer spezifischen intrazellulären Signalantwort führt. Dabei wichtig sind die Proteine CD3-Zeta, welche konstitutiv mit dem T Zell-Rezeptor assoziiert sind. Diese Proteine weisen vergleichsweise lange, ungeordnete Segmente auf, welche lose mit der Innenseite der Plasmamembran interagieren können. Die grundlegende Hypothese unseres Projektes ist, dass die Membran-Assoziation der CD3-Zeta Ketten funktionell wichtig für die Signal Transduktion ist. Um dies zu überprüfen, möchten wir mittels hochauflösender Mikroskopie die Position der CD3-Zeta Ketten zum ersten Mal direkt in der T Zelle vermessen. Dazu werden wir eine Messmethode weiter entwickeln, welche in den Biowissenschaften seit einigen Jahren für Furore sorgt: mittels einzelmolekularer Lokalisierungsmikroskopie können Protein- Verteilungen weit unterhalb der klassischen optischen Auflösungsgrenze bestimmt werden. Diese Methode funktioniert hervorragend, wenn es darum geht, die laterale Verteilung von Proteinen zu studieren; entlang der optischen Achse des Mikroskops jedoch ist die Genauigkeit deutlich verringert. In unserem Projekt versuchen wir, durch die gleichzeitige Beobachtung zweier Fokalebenen die Positionsgenauigkeit soweit zu verbessern, dass sich der Abstand der CD3-Zeta Ketten von der Plasmamembran mit einer Genauigkeit von ca. 10 Nanometern bestimmen lässt. Neben der Bedeutung für unser Verständnis von T Zell-Aktivierung soll diese Methode zum ersten Mal ermöglichen, Protein-Konformationsänderungen in der Zelle direkt mikroskopisch nachzuweisen.