Johannes Broichhagen

Das bisher Unsichtbare bringen wir zum Leuchten und machen es für die Forschung sichtbar. Unsere Expertise ist die Entwicklung von synthetischen, perfekt angepassten, leuchtenden Fluoreszenzfarbstoffen für die Mikroskopie. Wir denken in und verfolgen unkonventionelle Wege in Design und Synthese von Farbstoffen für „High-Definition“-Bildaufnahmen in lebenden Zellen.

Sonden für die Markierung von Kompartimenten
In einer dynamischen zellulären Umgebung bewegen sich Proteine und befinden sich in verschiedenen Kompartimenten. Dementsprechend müssen Wege gefunden werden, um dieselben Proteine unterschiedlich zu markieren, wenn sie sich nicht am selben Ort befinden. Indem das SNAP-Tag-Substrat BG auf seine sulfonierte Version SBG umgestaltet wird, werden die Fluorophore mit einer undurchlässigen Abgangsgruppe versehen. Neben der besseren Löslichkeit ist keine Untersuchung der Ladung erforderlich, da sie unberührt bleibt; daher kann jedes beliebige Fluorophor eingesetzt werden, um nur den oberflächenexponierten Pool eines Proteins zu markieren. Um dies für ein Mitglied jeder Klasse von G-Protein-gekoppelten Rezeptoren (GPCR) zu demonstrieren, haben wir hochauflösende Mikroskopie, Proteinverfolgung des Umsatzes und Stöchiometriemessungen verschiedener Rezeptorpools durchgeführt.  

Markierung endogener Proteine
Durch das Anbringen von Fluorophoren an peptidische Antagonisten von GLP1R, einem Protein, das an der Glukosehomöostase und der Appetitregulierung beteiligt ist, haben wir diesen Rezeptor in seiner nativen Umgebung mit einem Farbstoff ausgestattet. Auf diese Weise können wir genau beobachten, wo er sich in der Zelle befindet, was sich auf das Verständnis der Proteindynamik und die Erzeugung spezifischer Marker für differenzierte Stammzellen auswirkt.

Photokontrolle von GPCRs
G-Protein-gekoppelte Rezeptoren sind Zelloberflächenproteine, die Reize außerhalb der Zelle wahrnehmen und diese in eine intrazelluläre Reaktion umsetzen. Obwohl sie das größte Angriffsziel für Medikamente darstellen, sind der Aktivierungsmechanismus und das feine Zusammenspiel nur teilweise verstanden. Durch die Kombination von photoschaltbaren Molekülen mit Protein-Engineering sind wir in der Lage, Licht mit seiner einzigartigen räumlichen und zeitlichen Auflösung zu nutzen, um metabotrope Glutamatrezeptoren, die eine Schlüsselrolle bei Gesundheit und Krankheit im Nervensystem spielen, fernzusteuern und präzise zu kontrollieren. Kürzlich wurde zum ersten Mal eine quantitative Wirksamkeit erreicht, indem wir die Valenz unserer Lichtschalter erhöhten - ein chemischer Trick, der auch für andere Ziele geeignet sein könnte.