Zur Untersuchung der Funktion von Eiweißmolekülen in der Zelle werden diese oftmals fluoreszenzmarkiert oder anderweitig verändert. Dabei werden diese Eiweiße jedoch meist in so großen Mengen erzeugt, dass sich ihr Verhalten dadurch ändert und dass sich keine einzelnen Moleküle beobachten lassen.
Ein internationales Forschungsteam unter Beteiligung von Dr. Yulia Kostritskaia und Prof. Dr. Tobias Stauber am IMM hat jetzt eine optogenetische Methode entwickelt, mit der durch Lichtpulse einzelne Moleküle innerhalb von Zellen freigesetzt werden können. Die Forschenden am IMM haben dies am Beispiel eines an vielen physiologischen Funktionen beteiligten Ionenkanals, des sogenannten volumen-regulierten Ionenkanals VRAC/LRRC8, der aus mehreren Eiweißproteinen aufgebaut ist, durchgeführt. Dazu haben sie Eiweiße des Kanals in Zellen eingebacht, denen zuvor mittels CRISPR/Cas9 die Gene dieses Kanals entfernt wurden. Wenn eine der Untereinheiten des Kanals dabei über eine bestimmte Verbindung mit einem anderen Eiweiß fusioniert wurde, konnte der Kanal nicht an die Zelloberfläche gelangen. Wurden die Zellen nun mit besonderen Lichtimpulsen bestrahlt, zerbrach die Verbindung und der Ionenkanal gelangte an die Zelloberfläche, wo seine Aktivität elektrophysiologisch nachgewiesen werden konnte.
Diese Methode kann zur Untersuchung zahlreicher Eiweiße auf Einzelmolekülebene und ihrer zellphysiologischen Funktion genutzt werden, wie auch weitere Beispiele in der Studie zeigen. Die Arbeit wurde kürzlich in der renommierten Fachzeitschrift Nature Methods publiziert und ist frei verfügbar.