Untersuchung von Struktur und Dynamik selbstorganisierter Zellvorgänge

Lebenswichtige Vorgänge entwickeln sich häufig dynamisch und in Abstimmung an die Umgebungsverhältnisse. Um den biologischen Abläufen innerhalb der Zelle geeignete Bedingungen zu gewährleisten, verfügen Zellen über zahlreiche Kompartimente mit einer strukturell und biochemisch spezifischen Zusammensetzung. Allerdings sind die überwiegend selbstständig organisierten Zellstrukturen nicht voneinander unabhängig und regulieren sich wechselseitig. Die Untersuchung von Ordnungsprinzipien in lebender Materie erfordert daher nicht nur Mikroskopiemethoden, die hochauflösende Beobachtungen ermöglichen, sondern auch Modellbildungen, um die Komplexität der erfassten Vorgänge reduzieren zu können. In der vorliegenden Arbeit werden selbstorganisierte Strukturbildungsprozesse an Lebendkulturen menschlicher Zellen untersucht. Hierzu werden fluoreszenzmarkierte Zellstrukturen mittels konfokaler Lichtmikroskopie abgebildet und deren orts- wie zeitabhängigen Rückwirkungen unter biochemischer Einflussnahmen quantifiziert. Die Ergebnisse dokumentieren eine gitterartige Anordnung der Austrittsstellen des endoplasmatischen Retikulums. Deren Eigenschaften werden entscheidend von der Beschaffenheit des endoplasmatischen Retikulums bestimmt und können mit einem diffusionsbestimmten Entmischungsprozess erklärt werden. Dabei wird eine kontrast- und auflösungsverbesserte Bildgebungsmethode konfokaler Aufnahmen charakterisiert und am tubulären Netzwerk des endoplasmatischen Retikulums angewandt. Außerdem werden die Bewegungen von Aktinfilamenten im Zellkern analysiert. Somit bildet nukleares Aktin dynamische und anpassungsfähige Strukturen, die einer heterogenen Subdiffusion in der viskoelastischen Umgebung des Zellkerns nach dem Modell einer zeitveränderlichen fraktionalen Brownschen Bewegung unterliegen. Zusammen mit den Modellerklärungen vermitteln die Ergebnisse dieser Arbeit neuartige Erkenntnisgewinne über die vielschichtigen Wechselbeziehungen zwischen der Organisation und Dynamik selbstorganisierter Vorgänge innerhalb von Zellen.