Projekt 02FMTHH14
Räumlich und zeitlich hochaufgelöste Analyse subzellulärer Calcium-Signale
Calcium (Ca2+) dient als universaler Botenstoff zur Signalübertragung in Körperzellen. In Immunzellen vermittelt der Anstieg der freien zytosolischen Ca2+-Konzentration die Zellaktivierung (z.B. Vervielfältigung und Effektorfunktion von T-Zellen) und steuert damit essentiell die gezielte Immunantwort. Der [Ca2+]i-Anstieg wird über verschiedene sekundäre Botenstoffe vermittelt. Durch eine Hemmung des initial gebildeten sekundären Botenstoffs NAADP (Nicotinsäureadenindinukleotidphosphat) kann die Aktivität autoreaktiver T-Zellen gehemmt werden; die Hemmung der T-Zell-Effektorfunktion wiederum ist beispielsweise bei Behandlung von Autoimmunerkrankungen wünschenswert.
Die in dem durchgeführten Projekt etablierten fluoreszenzmikroskopischen Messverfahren und die implementierten algorithmischen Ansätze zur Analyse der Entstehung initialer [Ca2+]i-Signale sind einzigartig. Daten und Arbeiten zum Studium von Ca2+-Mikrodomänen mit vergleichbarer räumlicher und zeitlicher Bilddatenauflösung sind nicht bekannt. Auf Basis der gemessenen Daten konnte weiterhin das erste Mal detailliert die Bedeutung von RyR1 sowie von Orai und STIM im Kontext der initialen T-Zell Aktivierung belegt werden. Aus zellbiologischer Sicht werfen die aktuellen Ergebnisse und insbesondere die Bedeutung von z.B. Orai1 die Frage auf, inwieweit klassische Modelle zur Bildung initialer Ca2+-Mikrodomänen tatsächlich zutreffend sind; insbesondere die Rolle der in der Plasmamembran liegenden Kanäle und ihr zeitliches Zusammenwirken mit speichergesteuerter Ca2+-Freisetzung ist zu klären.
Beteiligte
Dr. Insa Wolf
Institut für Biochemie und Molekulare Zellbiologie
UKE
Dr. René Werner
Institut für Computational Neurosciences
UKE
Prof. Alexander Schlaefer
Institut für Medizintechnische und Intelligente Systeme
TUHH
Publikationen
Journalpublikationen und Beiträge zu Konferenzen mit zitierfähigen Proceedings-Bänden:
[P1] Antoni S-T, Ismail ONF, Schetelig D, Diercks B-P, Werner R, Wolf IMA, Guse AH, Schlaefer A (2017). Systematic
analysis of Jurkat T-cell deformation in fluoresence microscopy data. In: Bildverarbeitung für die Medizin (BVM) 2017,
Heidelberg, Germany; Informatik aktuell, Springer (accepted).
1 Weitere Beiträge sind in Vorbereitung.
fmthh-Abschlussbericht: Analyse subzellulärer Calcium-Signale (Wolf, Werner & Schlaefer)
[P2] Wolf IMA, Diercks B-P, Gattkowski E, Czarniak F, Kempski J, Werner R, Schetelig D, Mittrücker HW, Schumacher V, von
Osten M, Lodygin D, Flügel A, Fliegert R, Guse AH (2015). Frontrunners of T cell activation: Initial, localized Ca2+ signals
mediated by NAADP and the type 1 ryanodine receptor. Science Signaling 8: ra102.
Impact Factor: 7,4; ausgezeichnet mit dem UKE „Paper of the month“-Award Dez. 2015
[P3] Schetelig D, Wolf IMA, Diercks B-P, Fliegert R, Guse AH, Schlaefer AH, Werner R (2015). A modular framework for postprocessing
and analysis of fluorescence microscopy image sequences of subcellular Calcium dynamics. In: Handels H et
al. Bildverarbeitung für die Medizin (BVM) 2015, Lübeck, Germany. Informatik aktuell, Springer, pp. 401-6.
[P4] Werner R, Schetelig D, Säring D, Antoni S-T, Dabrowski A, Diercks B-P, Fliegert R, Guse AH, Schlaefer A, Wolf IMA
(2015). Analysis of initial subcellular Ca2+ signals in fluorescence microscopy data from the perspective of image and
signal processing. In: 49th annual conference of the German Society for Biomedical Engineering (BMT’15), Lübeck,
Germany. Biomedizinsche Technik 60: S81.
[P5] Antoni S-T, Dabrowski, Schetelig D, Diercks B-P, Fliegert R, Werner R, Wolf IMA, Guse AH, Schlaefer A (2015).
Segmentation of T-cells in fluorescence microscopy. In: Proc. IEEE Engineering in Medicine and Biology Society
(EMBC’15), Milano, Italy.
Beiträge zu Konferenzen ohne zitierfähige Proceedings-Bände
[P6] Guse AH, Diercks B-P, Wolf IMA, Werner R, Ren D, Feske S (2016). Calcium microdomains in T cells. In: FASEB
Science Research Conference on Calcium and Cell Function, June 12 – 17, Lissabon, Portugal [oral presentation].
[P7] Diercks B-P, Werner R, Schetelig D, Feske S, Wolf IMA, Guse AH (2016). In-volvement of CRAC channels during initial
Ca2+ microdomain formation in T cells. In: FASEB Science Research Conference on Calcium and Cell Function, Juni 12
– 17, Lissabon, Portugal [poster presentation].
[P8] Diercks B-P, Wolf IMA, Gattkowski E, Czarniak F, Kempski J, Werner R, Sche-telig D, Mittrücker H-W, Schumacher V,
van Osten M, Lodygin D, Flügel A, Guse AH (2015). Frontrunners of T cell activation: Initial short-lived localized Ca2+
signals. In: FASEB Science Research Conference on NAD Metabolism and Signaling, August 09 – 14, Timmendorfer
Strand, Germany [oral presentation].
[P9] Diercks B-P, Wolf IMA, Gattkowski E, Czarniak F, Kempski J, Werner R, Sche-telig D, Mittrücker H-W, Schumacher V,
von Osten M, Lodygin D, Flügel A, Guse AH (2015). Frontrunners of T cell activation: Initial, localized Ca2+ signals
mediated by NAADP and the type 1 ryanodine receptor. In: Seeing is Believing – Imaging the Processes of Life, October
06 – 10, EMBL, Heidelberg, Germany [poster presentation].
Dissertationen
[P10] Diercks, B-P: Calcium microdomains during T lymphocyte activation – role of second messengers and calcium channels.
Dissertation am Fachbereich Biologie der Universität Hamburg (Promotion am 13.01.2017).
Auszeichnung mit Summa cum laude-Prädikat
Folgeprojekte
Erfolgreiche Anschlussfinanzierung in SFB 1328 Denine Nulceotides in Immunity and Inflammation [Sprecher: AH Guse]; aus fmthh-Projekt hervorgegangener Teilprojektantrag:
Arbeitspaket 02 (https://www.sfb1328.de/index.php?id=29) : Dynamic architecture of Ca2+microdomains in T cells: disentangling release and entry contributions [Antragsteller: IMA Wolf, R Werner].