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dc.contributor.advisor Jakobs, Stefan PD Dr. de
dc.contributor.author Neumann, Daniel de
dc.date.accessioned 2012-04-16T14:53:30Z de
dc.date.available 2013-01-30T23:50:36Z de
dc.date.issued 2010-09-22 de
dc.identifier.uri http://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-0006-ADBD-6 de
dc.description.abstract Mitochondrien sind ein essentieller Bestandteil eukaryotischer Zellen. Sie besitzen eine komplexe interne Struktur und erfüllen eine Vielzahl verschiedener Aufgaben. Aufgrund ihrer herausragenden Funktion in der Bereitstellung des universellen biologischen Energieäquivalents ATP werden Mitochondrien auch als Kraftwerke der Zelle bezeichnet. Obwohl Mitochondrien zu den am besten untersuchten Organellen gehören, ist bisher wenig über die Verteilung von Proteinen innerhalb von Mitochondrien bekannt. Die lichtmikroskopische Untersuchung sub-mitochondrialer Proteinverteilungen war lange Zeit nicht möglich, da der Durchmesser von Mitochondrien mit 200­400 nm im Bereich der Auflösungsgrenze konventioneller Lichtmikroskope liegt. Die Entwicklung hochauflösender lichtmikroskopischer Techniken wie der STED-Mikroskopie erlaubt es seit kurzer Zeit sub-mitochondriale Proteinverteilungen zu untersuchen, wobei bislang ausschließlich qualitative Studien durchgeführt wurden. In dieser Arbeit wurde die STED-Mikroskopie mit mathematischen Algorithmen kombiniert, um erstmalig quantitative Daten über sub-mitochondriale Proteinverteilungen zu erhalten. Durch die qualitative und quantitative Analyse fluoreszenz-mikroskopischer Daten konnten zwei verschiedene Fragestellungen adressiert werden: (1) Der voltage-dependent anion-selective channel (VDAC) ist ein Protein der äußeren mitochondrialen Membran, welches für den Transport von Metaboliten wie ATP verantwortlich ist. Im Menschen sind drei verschiedene Isoformen beschrieben. Bis jetzt ist wenig über Unterschiede zwischen den einzelnen hVDAC-Isoformen bekannt. In dieser Arbeit wurde nachgewiesen, dass die drei hVDAC-Isoformen eine unterschiedliche sub-mitochondriale Lokalisation aufweisen und es konnte eine Aminosäure identifziert werden, die einen Einfluss auf diese Lokalisation hat. Ergebnisse quantitativer Kolokalisationsstudien mit den VDAC-Isoformen untereinander liefern Hinweise auf VDAC-Heterooligomere. Weiterhin konnte durch quantitative STED-Mikroskopie gezeigt werden, dass der Grad der Kolokalisation zwischen hVDAC und seinem putativen Interaktionspartner Hexokinase-I isoform-spezifisch ist. Da zudem ein Anteil der Hexokinase-I mit keiner der drei hVDAC-Isoformen kolokalisiert, deutet dies auf ein komplexeres Zusammenspiel dieser Proteine hin als zuvor angenommen. (2) Apoptose, eine Form des programmierten Zelltods, ist ein zentraler Mechanismus für das Leben aller multizellulären Organismen. Trotz dieser wichtigen Bedeutung ist bis jetzt weder geklärt wie genau Cytochrom c aus den Mitochondrien freigesetzt wird noch ist viel über sub-mitochondriale Proteinverteilungen und mögliche Änderungen während der Apoptose bekannt. Durch quantitative STED-Mikroskopie konnte gezeigt werden, dass keine massiven Änderungen in den Verteilungen von sechs verschiedenen Proteinen während früherer Phasen der Apoptose stattfinden. Vielmehr konnten subtile Änderungen, hin zu homogeneren Proteinverteilungen nachgewiesen werden, die vor der Cytochrom c-Freisetzung stattfinden. Diese Ergebnisse erweitern die Sichtweise auf den apoptotischen Signalweg: Es finden nicht nur, wie zuvor durch andere Studien nachgewiesen, subtile strukturelle Änderungen in den Mitochondrien während der Apoptose statt, sondern vielmehr auch subtile Änderungen in den Verteilungen von mitochondrialen Proteinen, die mit einer Tendenz zur Auflösung von Proteinclustern erklärt werden können. Somit konnten durch die STED-Mikroskopie feine Änderungen in sub-mitochondrialen Proteinverteilungen nachgewiesen werden, die mittels konventioneller Mikroskopie unentdeckt geblieben wären. de
dc.format.mimetype application/pdf de
dc.language.iso ger de
dc.rights.uri http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/ de
dc.title Untersuchung sub-mitochondrialer Proteinverteilungen in unbehandelten und apoptotischen humanen Zellen mittels STED-Mikroskopie de
dc.type doctoralThesis de
dc.title.translated Investigation of sub-mitochondrial protein distributions in untreated and apoptotic human cells using STED-microscopy de
dc.contributor.referee Teichmann, Thomas PD Dr. de
dc.date.examination 2010-08-12 de
dc.subject.dnb 570 Biowissenschaften, Biologie de
dc.description.abstracteng Mitochondria are essential for eukaryotic cells. These organelles exhibit a complex internal structure and fulfil a variety of different tasks. They are known as the powerhouses of the cell because of their important role in the supply of the universal biological energy equivalent ATP. Although mitochondria belong to the best characterized organelles, only little is known about protein distributions within mitochondria. The light microscopic analysis of sub-mitochondrial protein distributions was neglected for a long time, because mitochondria have a diameter of 200-400 nm, which is in the range of the resolution limit of conventional light microscopes. However, recent developments of high resolution light microscopic techniques like STED-microscopy allow the investigation of sub-mitochondrial protein distributions. Up to now, only qualitative analysis of mitochondrial proteins and their distributions were performed. In this work STED-microscopy was combined with mathematical algorithms to obtain for the first time quantitative data on sub-mitocondrial protein distributions. By qualitative and quantitative analysis of fluorescence-microscopy based data, two different issues could be addressed: (1) The voltage-dependent anion-selective channel (VDAC) is a protein of the mitochondrial outer membrane mediating the transport of metabolites, including ATP. In humans, three different isoforms exist. Until now little is known about the differences between the three hVDAC isoforms. In this work it was shown that the three hVDAC isoforms have a different sub-mitochondrial localization. Further an amino acid residue was identified, which has an influence on the sub-mitochondrial localization of hVDAC. The results of quantitative colocalization analysis between the different hVDAC isoforms suggest the existence of VDAC-heterooligomers. Using quantitative STED-microscopy, it could be shown that the degree of colocalization between hVDAC and their possible interaction partner hexokinase-I is isoform specific. In addition, the data reveal that a substantial fraction of hexokinase-I does not colocalize with any of the hVDAC isoforms, suggesting a more complex interplay of these proteins than previously anticipated. (2) Apoptosis, one form of programmed cell death, is a fundamental process for the life of multicellular organisms. Despite this very important fact, little is known about how exactly cytochrome c is released from mitochondria, as well as the sub-mitochondrial protein distributions and possible changes during apoptosis. By using quantitative STED-microscopy, it could be shown that no massive changes in the protein distributions of six different mitochondrial proteins take place during early stages of apoptosis. Rather, subtle changes to more homogenous protein distributions were obeserved, which occur before the cytochrome c release. These results broaden the view on the apoptotic pathway: Not only subtle structural changes take place within mitochondria during apoptosis (as proven by other studies), but also subtle changes in the sub-mitochondrial protein distributions, which can be explained by the tendency of disintegration of protein clusters. With STED-microscopy it was hence possible to detect subtle changes in sub-mitochondrial protein distributions, which would otherwise remain undiscovered in conventional light microscopy. de
dc.contributor.coReferee Jakobs, Stefan PD Dr. de
dc.subject.topic Mathematics and Computer Science de
dc.subject.ger Mitochondrien de
dc.subject.ger Apoptose de
dc.subject.ger STED-Mikroskopie de
dc.subject.ger Proteinverteilungen de
dc.subject.eng mitochondria de
dc.subject.eng apoptosis de
dc.subject.eng STED-microscopy de
dc.subject.eng protein distributions de
dc.subject.bk 42.15 de
dc.identifier.urn urn:nbn:de:gbv:7-webdoc-2615-0 de
dc.identifier.purl webdoc-2615 de
dc.affiliation.institute Biologische Fakultät inkl. Psychologie de
dc.subject.gokfull WHC 600: Mikrosomen, Mitochondrien, Ribosomen Ribosomen, Golgi-Apparat, {Cytologie} de
dc.subject.gokfull WHF 900: Zelltod, Apoptose {Cytologie} de
dc.identifier.ppn 638476542 de

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