Entwicklung funktionalisierter Sphingolipide und Cholesterol-Konjugate als Reportermoleküle zur Applikation in biologischen Systemen

Autor: Sternstein, Christine
Jazyk: němčina
Rok vydání: 2024
Předmět:
Druh dokumentu: Doctoral Thesis<br />Doctoral Thesis
DOI: 10.25972/OPUS-34620
Popis: Sphingolipide sind nicht nur wichtige Bestandteile der Zellmembran, sie erfüllen auch wesentliche Funktionen als Signalmoleküle. Azid-funktionalisierte Sphingolipide können als Reportermoleküle in biologischen Systemen fungieren, um biologische Prozesse zu analysieren. Die metabolisch stabile Azid-Gruppe kann mittels Click-Reaktion mit einem Alkin-funktionalisierten Fluoreszenzfarbstoff markiert werden, um die Visualisierung der Lipide innerhalb des biologischen Systems zu ermöglichen. Der Einsatz bioorthogonal-funktionalisierter Moleküle ist nicht nur in lebenden Zellen, sondern auch in lebenden Tieren, beispielsweise Caenorhabditis elegans, möglich. Der Fadenwurm eignet sich als Modellsystem, da er transparent und nicht zu komplex ist. Allerdings weisen die Sphingolipide des Nematoden Unterschiede im Vergleich zu jenen in Säugetieren auf. Im Gegensatz zu dem linearen C18-Sphingoid-Grundgerüst besteht das Sphingoid in C. elegans aus 17 Kohlenstoffatomen, wobei an Position 15 eine iso-Verzweigung auftritt. Daher wurden im Rahmen dieser Arbeit verschiedene iso-verzweigte Sphingolipidderivate entwickelt, die als Reportermoleküle eingesetzt werden können. Neben Lipiden, aus denen Zellmembranen aufgebaut sind, erfüllt auch die glycosylierte Schicht auf der Oberfläche von Säugetierzellen – die Glycokalyx – wichtige Funktionen für das Überleben von Zellen. Hierzu gehören unter anderem die Stabilisierung und der Schutz der Zelle, sowie die Zellkommunikation. Da Abweichungen von den natürlichen Glycosylierungsmustern zu schweren Krankheiten führen können, ist die Untersuchung und die Modifikation der Glycokalyx von großer wissenschaftlicher Relevanz. Aus diesem Grund war ein weiteres Projekt der vorliegenden Dissertation die Entwicklung Cholesterol-basierter Ankermoleküle. Mittels FLAME 1 konnte sowohl die Anfärbungen von humanen mesenchymalen stromalen Zellen als auch eine Modifikation der Zelloberfläche durch eine Click-Reaktion auf der Zellmembran ermöglicht werden.
Sphingolipids are not only important parts of the cellular membrane, they are also relevant as signalling molecules. Azido-functionalised sphingolipids can function as reporter molecules in biological systems to analyse biological processes. The metabolically stable azido group can be labelled via click reaction with alkyne modified fluorophores to enable the visualisation within a biological system. The application of bioorthogonal-functionalised molecules is not only possible in living cells but also in living animals, for example Caenorhabditis elegans. Being transparent and not too complex, the nematode is a useful model system. However, there are differences between the sphingolipids in nematodes and mammals. In contrast to the linear C18-sphingoid backbone, the nematodes’ sphingoid base has 17 carbon atoms with an iso-branch at position 15. Therefore, in this thesis, several iso branched sphingolipid derivates were developed which can be applied as reporter molecules. In addition to lipids, which build cell membranes, the glycosylated layer on the surface of mammalian cells - the glycocalyx - also fulfils important functions for the survival of cells. These include the stabilisation and protection of the cell as well as cell communication. As deviations from the natural glycosylation pattern can lead to severe diseases, the analysis and the modification of the glycocalyx is of high scientific interest. Therefore, the development of cholesterol-based anchor molecules was an additional project of this thesis. With applying FLAME 1, the visualisation as well as the modification of the cell surface of human mesenchymal stromal cells by click reaction on the cellular membrane was realised.
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