WSR081-ChemBioProbes: Sonden für Diagnose und Therapie - Interview mit Dr. Johannes Broichhagen

Wirkstoffradio (MP3 Feed)

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Das Wirkstoffradio ist ein Wissenschaftskommunikationsprojekt aus dem Leibniz-Forschungsinstitut f\u00fcr Molekulare Pharmakologie (FMP) und wird gef\u00f6rdert durch das Leibniz Forschungsnetzwerk Wirkstoffe und Biotechnologie.","poster":"https:\/\/www.wirkstoffradio.de\/podlove\/image\/68747470733a2f2f7777772e7769726b73746f6666726164696f2e64652f77702d636f6e74656e742f75706c6f6164732f323031382f30392f5769726b73746f6666726164696f5f4c6f676f5f6c616e672d3330303078333030305f63726f707065645f626c756542472e706e67\/500\/0\/0\/wirkstoffradio","link":"https:\/\/www.wirkstoffradio.de"},"title":"WSR081 ChemBioProbes: Sonden f\u00fcr Diagnose und Therapie - Interview mit Dr. Johannes Broichhagen","subtitle":"In dieser Episode spricht Bernd Rupp mit Dr. Johannes Broichhagen \u00fcber die Entwicklung multifunktionaler Sonden zur Visualisierung biologischer Prozesse mit Hilfe von Fluoreszenzfarbstoffen und wie diese auch therapeutisch genutzt werden 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In dieser Episode spricht Bernd Rupp mit Dr. Johannes Broichhagen, er leitet am Leibniz-Forschungsinstitut für Molekulare Pharmakologie im Forschungsverbund Berlin e.V. (FMP) die Nachwuchsgruppe ChemBioProbes.

Dr. Johannes Broichhagen; Quelle: Wirkstoffradio.

Mit den von Johannes und seinen Mitarbeiter:Innen entwickelten molekularen „Werkzeugen“ sollen biologische Funktionen besser visualisiert werden können. Dabei optimieren sie nicht nur die Struktur der verwendeten Fluoreszenzfarbstoffe, sondern entwickeln auch Sonden wie Peptide, Antikörper und andere Moleküle, die spezifisch an das gewünschte Zielprotein binden können. Diese Sonden werden mit einer Schnittstelle (Linker + TAG) ausgestattet, die es dem Team von Johannes ermöglicht, verschiedene Strukturen an die Sonde anzuknüpfen.

Mittlerweile beschränkt sich Johannes mit seiner Gruppe nicht nur auf Fluoreszenzfarbstoffe, sondern gestaltet diese Strategie als einen vielseitigen Werkzeugkasten. Dieser soll in Zukunft nicht nur diagnostisch eingesetzt werden, sondern mit den entsprechenden molekularen Tools auch therapeutischen Nutzen bieten können.

(Im Podcast gibt es Kapitelmarken, die den Zwischenüberschriften hier im Text entsprechen, so dass es einfacher ist, bestimmte Teile erneut zu hören. Nicht jede Kapitelmarke hat eine Zwischenüberschrift, manchmal fassen wir mehrere Kapitel zusammen.)

Was sind ChemBioProbes

• • Sonde – DocCheck Flexikon
  • Chemische Biologie – Wikipedia Artikel

Einsatzgebiete der Sonden

• • Mikroskopie – DocCheck Flexikon
  • Mikroskop – Wikipedia Artikel
  • Betazelle – DocCheck Flexikon
  • Bauchspeicheldrüse – Wikipedia Artikel
  • Selektivität (Pharmakologie) – Wikipedia Artikel
  • Kristallstrukturanalyse – Wikipedia Artikel
  • Kryoelektronenmikroskopie – Wikipedia Artikel

Mikroskopische Aufnahme fluoreszenzmarkierter Zellen und Struktur des deuterierten Si-Rhodamins; Quelle: Dr. Johannes Broichhagen.

Hochauflösende Mikroskopie

• • Liste der Nobelpreisträger für Chemie – Wikipedia Artikel
  • Fluoreszenzmikroskopie – Wikipedia Artikel
  • Elektronenmikroskop – Wikipedia Artikel
  • STED-Mikroskop – Wikipedia Artikel
  • Fluorophore – Wikipedia Artikel

Aufnahmetechnik

• • Sichtfeld (Field of View) – Wikipedia Artikel
  • Lateral – Wikipedia Artikel
  • Colocalization – Wikipedia Artikel (englisch)

Was ist Fluoreszenz

• • Fluoreszenz – Wikipedia Artikel
  • Emission – Wikipedia Artikel

Moleküleigenschaften für die Fluoreszenz

• • Pi-Bindung – Wikibrief
  • Konjugation (Chemie) – Wikipedia Artikel
  • Kompetition – PharmaWiki
  • Quantenausbeute – Wikipedia Artikel
  • Ultraviolettstrahlung – Wikipedia Artikel
  • Infrarotstrahlung – Wikipedia Artikel

Faustregel zur Farbe eines Moleküls: „Je größer das Molekül oder je größer das π-System ist, desto röter ist die Wellenlänge, die absorbiert wird und auch desto röter ist die Energie, die dann wieder abgegeben wird.“ Johannes Broichhagen

FLIM

• • Fluorescence-lifetime imaging microscopy (FLIM) – Wikipedia Artikel

Chemie der Sonden

• • Medizinische Chemie – Wikipedia Artikel
  • Peptid – Wikipedia Artikel
  • Peptidsynthese – Wikipedia Artikel
  • Rhodamine – Wikipedia Artikel
  • Cyanine – Wikipedia Artikel
  • Stochastic Optical Reconstruction Microscopy (STORM) – Wikipedia Artikel
  • Photobleichung, Photobleaching – Wikipedia Artikel
  • Isotopenmarkierung – Wikipedia Artikel
  • Cumarine – PharmaWiki
  • Methylenblau – Wikipedia Artikel

Struktur eines Rhodamins zur Verwendung in der hochauflösenden Fluoreszenzmikroskopie: Dabei wurde der übliche Sauerstoff im Ringsystem durch Silizium (Si) ersetzt. Zur zusätzlichen Verstärkung der Fluoreszenz wurde außerdem eine Reihe von Protonen durch Deuterium (D) ersetzt; Quelle: Johannes Broichhagen.

Konjugation

• • Konjugation (Chemie) – Wikipedia Artikel
  • Click-Chemie – Wikipedia Artikel
  • Kupplungsreagenz – Wikipedia Artikel

Linkerology

• • Linker (Chemie) – Wikipedia Artikel
  • linkerology – Science (englisch)

Was ist ein TAG?

• • Molekülmarkierung – Wikipedia Artikel
  • Protein-Tag – Wikipedia Artikel

Exkurs: Molekularbiologie

• • Rekombinantes Protein – Wikipedia Artikel
  • Plasmid – Wikipedia Artikel
  • Fusionsprotein – Wikipedia Artikel

GFP

• • Grün fluoreszierendes Protein – Wikipedia Artikel
  • maturieren – Wiktionary

Bioorthogonalität

• • Bioorthogonale_Markierung – Wikipedia Artikel

Einführung des Fluoreszenzfarbstoffs

• • Snap-Tag – Wikipedia Artikel
  • Tubuline – Wikipedia Artikel

Fluoreszenzaktive Wirkstoffe

• • Antagonist (Pharmakologie) – Wikipedia Artikel
  • Agonist (Pharmakologie) – Wikipedia Artikel

Forschungsgebiete in Johannes Gruppe

• • Chromophor – Wikipedia Artikel
  • Physiologie – Wikipedia Artikel
  • Diabetes mellitus – Wikipedia Artikel

Weiterentwicklung der deuterierten Farbstoffe

• • Publikation zur deuterierten Farbstoffen (open access): Broichhagen, J. and Roßmann, K.; Trendbericht Biochemie 2023 (3/3): Ein Neutron extra: deuterierte Moleküle in der chemischen Biologie.; Nachr. Chem., 71: 64-66, (2023). doi: 10.1002/nadc.20234138252
  • Publikation zur deuterierten Farbstoffen (open access): Roßmann, K.; Akkaya, K. C.; Poc, P.; Charbonnier, C.; Eichhorst, J.; Gonschior, H.; Valavalkar, A.; Wendler, N.; Cordes, T.; Dietzek-Ivanšić, B.; Jones, B.; Lehmann, M. & Broichhagen, J.: N-Methyl deuterated rhodamines for protein labelling in sensitive fluorescence microscopy. Chemical Science, Royal Society of Chemistry (RSC), 2022, 13, 8605-8617. doi: 10.1039/D1SC06466E
  • Aliphatische Kohlenwasserstoffe – Wikipedia Artikel

Therapeutische Sonden

• • GLP-1-Rezeptor – DocCheck Flexikon
  • Inkretin-Effekt – Wikipedia Artikel
  • Inkretinmimetika – Wikipedia Artikel
  • Publikation zu Luxendin Tagging Strategie (open access): Huhn, C., Broichhagen, J. Visualisierung endogener Proteine in ihrer natürlichen Umgebung. Biospektrum 28, 264–267 (2022). doi: 10.1007/s12268-022-1749-y
  • Exenatid – Wikipedia Artikel
  • WSR074 Hormone: Insulin und Antidiabetika – Link zur Episode
  • Hypothalamus – Wikipedia Artikel
  • Glomus caroticum – Wikipedia Artikel

Weiterentwicklung der GLP1 Sonde

• • Mausmodell – Wikipedia
  • Langerhans-Inseln – Wikipedia Artikel
  • Diagnostikum – Wikipedia Artikel
  • Nahes Infrarot – Wikipedia Artikel
  • Publikation zur Weiterentwicklung Luxendin Sonden (open access): Ast, J.; Novak, A. N.; Podewin, T.; Fine, N. H. F.; Jones, B.; Tomas, A.; Birke, R.; Roßmann, K.; Mathes, B.; Eichhorst, J.; Lehmann, M.; Linnemann, A. K.; Hodson, D. J. & Broichhagen, J.: Expanded LUXendin Color Palette for GLP1R Detection and Visualization In Vitro and In Vivo. JACS Au, American Chemical Society (ACS), 2022, 2, 1007-1017 doi: 10.1021/jacsau.2c00130
  • Publikation zur Expression des GLP1R (open access): Ast, J.; Nasteska, D.; Fine, N. H. F.; Nieves, D. J.; Koszegi, Z.; Lanoiselée, Y.; Cuozzo, F.; Viloria, K.; Bacon, A.; Luu, N. T.; Newsome, P. N.; Calebiro, D.; Owen, D. M.; Broichhagen, J. & Hodson, D. J.: Revealing the tissue-level complexity of endogenous glucagon-like peptide-1 receptor expression and signaling . Nature Communications, Springer Science and Business Media LLC, 2023, 14. doi: 10.1038/s41467-022-35716-1

TAG-Optimierung

• • Perturbation – Wikipedia Artikel

Johannes Werdegang

• • Periodensystem – Wikipedia Artikel
  • Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg – Homepage
  • Dirk Trauner – Wikipedia Artikel
  • Ionenkanal – Wikipedia Artikel
  • Tyrosinkinasen – Wikipedia Artikel
  • Kai Johnsson – Wikipedia Artikel
  • Literatur zu Silikon Rhodamin
  • Max-Planck-Institut für medizinische Forschung – Homepage

Johannes Lieblingsmolekül

• • Acetylsalicylsäure – Wikipedia Artikel
  • Aspirin – Wikipedia Artikel
  • Kovalente Bindung – Wikipedia Artikel

Acetylsalicylsäure; Quelle: Hans-Dieter Höltje.

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Wir danken Dr. Johannes Broichhagen für seine Zeit und die wertvollen Einblicke in sein Forschungsgebiet.

Wir freuen uns immer über Feedback: per Mail unter [e-mail], in den Kommentaren unter den einzelnen Episoden, über Twitter @wirkstoffradio, bei Mastodon unter @[e-mail] oder auch als Bewertung bei iTunes/Apple-Podcasts oder panoptikum.social.

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Kapitler

1. Begrüßung (00:00:00)

2. Was sind ChemBioProbes (00:02:12)

3. Einsatzgebiete der Sonden (00:03:12)

4. Hochauflösende Mikroskopie (00:07:17)

5. Aufnahmetechnik (00:10:55)

6. Was ist Fluoreszenz (00:16:05)

7. Moleküleigenschaften für die Fluoreszenz (00:18:27)

8. FLIM (00:21:00)

9. Chemie der Sonden (00:24:48)

10. Konjugation (00:32:14)

11. Linkerology (00:33:46)

12. Was ist ein TAG? (00:34:43)

13. Exkurs: Molekularbiologie (00:36:00)

14. GFP (00:36:57)

15. Bioorthogonalität (00:38:49)

16. Einführung des Fluoreszenzfarbstoffs (00:40:33)

17. Fluoreszenzaktive Wirkstoffe (00:43:07)

18. Forschungsgebiete in Johannes Gruppe (00:44:21)

19. Weiterentwicklung der deuterierten Farbstoffe (00:48:02)

20. Therapeutische Sonden (00:53:44)

21. Weiterentwicklung der GLP1 Sonde (01:00:17)

22. TAG-Optimierung (01:05:51)

23. Johannes Werdegang (01:09:35)

24. Johannes Lieblingsmolekül (01:18:19)

25. Verabschiedung und Bitte um Feedback (01:20:12)