Universitäts-Herzzentrum Freiburg • Bad Krozingen

Die Optogenetik-Sektion entwickelt genetisch-kodierte, licht-aktivierbare Proteine zur Untersuchung und Steuerung biophysikalischer Prozesse im Herzen, von der Erregungsentstehung in einzelnen Zellen, über Signalweiterleitung im Zellverband, bis zur mechano-elektrischen Aktivität des ganzen Organs.

Licht-aktivierte Ionenströme

In der Optogenetik werden mikrobielle Rhodopsine, unter ihnen licht-aktivierbare Ionenkanäle (Kanalrhodopsine/ChRs) und fotoaktivierte Pumpen (Arch, Halorhodopsine), zur Veränderung der elektrischen Aktivität erregbarer Zellen verwendet. Dabei werden die Fotorezeptorproteine mittels genetischer Methoden unter Verwendung von Zelltyp-spezifischen Promotoren oder viraler Transduktion mit gewebsspezifischen Virusserotypen in die Zielzellen eingebracht. Gegenwärtig optimieren wir optogenetische Aktuatoren, welche ursprünglich für Anwendungen in der Neurophysiologie entwickelt wurden, für die gezielte Nutzung in Zellen des kardiovaskulären Systems und stellen Varianten her, die gezielt im Sarcolemma oder in subzellulären Kompartimenten angereichert sind (Abb. 1).

Optogenetische Sensoren

Neben licht-aktivierbaren Aktuatoren gehören fluoreszierende Sensorsysteme, welche die direkte Visualisierung zellulärer Parameter wie Membranspannung, pH-Wert und zytosolischer Ca²⁺ Konzentration ermöglichen, zur optogenetischen Werkzeugkiste. Wir benutzen das spannungssensitive fluoreszierende Protein (VSFP 2.3), einen FRET-basierten Membranpotentialsensor, um die elektrische Aktivität von Herzmuskelzellen sowie von Zellen des Bindegewebes differenziert zu untersuchen (Abb. 2).

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