@phdthesis{Beliu2020,
  author    = {Beliu, Gerti},
  title     = {Bioorthogonale Tetrazin-Farbstoffe f{\"u}r die Lebendzell-Markierung und hochaufgel{\"o}ste Fluoreszenzmikroskopie},
  doi       = {10.25972/OPUS-18962},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-189628},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2020},
  abstract  = {Der genetische Code beschreibt die Ver- und Entschl{\"u}sselung der Erb-information f{\"u}r das universelle Prinzip der Proteinbiosynthese aus einzelnen Aminos{\"a}uren. Durch Erweiterung des genetischen Codes lassen sich unna-t{\"u}rliche Aminos{\"a}uren (uAA) mit einzigartigen biophysikalischen Eigenschaf-ten ortsspezifisch in Proteine einf{\"u}hren und erm{\"o}glichen die spezifische Ma-nipulation von Proteinen. Die Click-Reaktion zwischen der unnat{\"u}rlichen Aminos{\"a}ure TCO*-Lysin und Tetrazin besitzt eine außergew{\"o}hnliche Reaktionskinetik (≥800 M-1s-1) und erm{\"o}glicht eine spezifische und bioorthogonale Markierung von Bio- ¬molek{\"u}len unter physiologischen Bedingungen. Im Fokus dieser Arbeit stand zun{\"a}chst die Markierung von Membran- ¬rezeptoren durch Click-Chemie in lebenden Zellen sowie die Untersuchung der Wechselwirkung 22 bekannter und neuartiger Tetrazin-Farbstoff- Konjugate. Dar{\"u}ber hinaus wurde die Anwendbarkeit von bioorthogonalen Click-Reaktionen f{\"u}r die hochaufl{\"o}sende Fluoreszenzmikroskopie untersucht. Durch Erweiterung des genetischen Codes in Proteine aus der Klasse der ionotropen Glutamatrezeptoren (iGluR), TNF-Rezeptoren oder Mikrotubu-li-assoziierten Proteinen (MAP) wurde ortspezifisch die unnat{\"u}rliche Amino-s{\"a}ure TCO*-Lysin eingef{\"u}hrt und dadurch die Fluoreszenzmarkierung durch Tetrazin-Farbstoffe erm{\"o}glicht. Die direkte chemische Kopplung von TCO an Liganden wie Phalloidin und Docetaxel, welche spezifisch das Aktin-Zytoskelett bzw. Mikrotubuli-Filamente binden k{\"o}nnen, erm{\"o}glichte zudem die Click-F{\"a}rbungen von fixierten und lebenden Zellen ohne genetische Ver-{\"a}nderungen der Zielproteine. Des Weiteren wurden die spektroskopischen Eigenschaften von 22 Tetrazin-Farbstoffen, verteilt {\"u}ber den gesamten sichtbaren Wellenl{\"a}ngenbereich, untersucht. Ein charakteristisches Kennzeichen der Click-Reaktion mit Tet-razin-Farbstoffen ist dabei ihre Fluorogenit{\"a}t. Das Tetrazin fungiert nicht nur als reaktive Gruppe w{\"a}hrend der Click-Reaktion mit Alkenen, sondern f{\"u}hrt in vielen Tetrazin-Farbstoff-Konjugaten zur Fluoreszenzl{\"o}schung. W{\"a}hrend bei gr{\"u}n-absorbierenden Farbstoffe vor allem FRET-basierte L{\"o}schprozesse dominieren, konnte photoinduzierter Elektronentransfer (PET) vom angeregten Farbstoff zum Tetrazin als Hauptl{\"o}schmechanismus bei rot-absorbierenden Oxazin- und Rhodamin-Derivaten identifiziert werden. Die effiziente und spezifische Markierung aller untersuchten Tetrazin- Farbstoffe erm{\"o}glichte die Visualisierung von Aktin-Filamenten, Mikrotubuli und Membranrezeptoren sowohl durch konventionelle Fluoreszenzmikrosko-pie als auch durch hochaufl{\"o}sende Verfahren, wie z.B. dSTORM, auf Ein-zelmolek{\"u}lebene. Die unterschiedliche Zellpermeabilit{\"a}t von Tetrazin-Farbstoffen kann dabei vorteilhaft f{\"u}r die spezifische intra- und extrazellul{\"a}re Markierung von Proteinen in fixierten und lebenden Zellen genutzt werden.},
  subject      = {Hochaufgel{\"o}ste Fluoreszenzmikroskopie},
  language  = {de}
}
@article{BalakrishnanHemmenChoudhuryetal.2022,
  author    = {Balakrishnan, Ashwin and Hemmen, Katherina and Choudhury, Susobhan and Krohn, Jan-Hagen and Jansen, Kerstin and Friedrich, Mike and Beliu, Gerti and Sauer, Markus and Lohse, Martin J. and Heinze, Katrin G.},
  title     = {Unraveling the hidden temporal range of fast β2-adrenergic receptor mobility by time-resolved fluorescence},
  series = {Communications Biology},
  volume    = {5},
  journal   = {Communications Biology},
  number    = {1},
  doi       = {10.1038/s42003-022-03106-4},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-301140},
  year      = {2022},
  abstract  = {G-protein-coupled receptors (GPCRs) are hypothesized to possess molecular mobility over a wide temporal range. Until now the temporal range has not been fully accessible due to the crucially limited temporal range of available methods. This in turn, may lead relevant dynamic constants to remain masked. Here, we expand this dynamic range by combining fluorescent techniques using a spot confocal setup. We decipher mobility constants of β\(_{2}\)-adrenergic receptor over a wide time range (nanosecond to second). Particularly, a translational mobility (10 µm\(^{2}\)/s), one order of magnitude faster than membrane associated lateral mobility that explains membrane protein turnover and suggests a wider picture of the GPCR availability on the plasma membrane. And a so far elusive rotational mobility (1-200 µs) which depicts a previously overlooked dynamic component that, despite all complexity, behaves largely as predicted by the Saffman-Delbr{\"u}ck model.},
  language  = {en}
}
@article{KuhlemannBeliuJanzenetal.2021,
  author    = {Kuhlemann, Alexander and Beliu, Gerti and Janzen, Dieter and Petrini, Enrica Maria and Taban, Danush and Helmerich, Dominic A. and Doose, S{\"o}ren and Bruno, Martina and Barberis, Andrea and Villmann, Carmen and Sauer, Markus and Werner, Christian},
  title     = {Genetic Code Expansion and Click-Chemistry Labeling to Visualize GABA-A Receptors by Super-Resolution Microscopy},
  series = {Frontiers in Synaptic Neuroscience},
  volume    = {13},
  journal   = {Frontiers in Synaptic Neuroscience},
  issn      = {1663-3563},
  doi       = {10.3389/fnsyn.2021.727406},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-251035},
  year      = {2021},
  abstract  = {Fluorescence labeling of difficult to access protein sites, e.g., in confined compartments, requires small fluorescent labels that can be covalently tethered at well-defined positions with high efficiency. Here, we report site-specific labeling of the extracellular domain of γ-aminobutyric acid type A (GABA-A) receptor subunits by genetic code expansion (GCE) with unnatural amino acids (ncAA) combined with bioorthogonal click-chemistry labeling with tetrazine dyes in HEK-293-T cells and primary cultured neurons. After optimization of GABA-A receptor expression and labeling efficiency, most effective variants were selected for super-resolution microscopy and functionality testing by whole-cell patch clamp. Our results show that GCE with ncAA and bioorthogonal click labeling with small tetrazine dyes represents a versatile method for highly efficient site-specific fluorescence labeling of proteins in a crowded environment, e.g., extracellular protein domains in confined compartments such as the synaptic cleft.},
  language  = {en}
}
@article{EiringMcLaughlinMatikondaetal.2021,
  author    = {Eiring, Patrick and McLaughlin, Ryan and Matikonda, Siddharth S. and Han, Zhongying and Grabenhorst, Lennart and Helmerich, Dominic A. and Meub, Mara and Beliu, Gerti and Luciano, Michael and Bandi, Venu and Zijlstra, Niels and Shi, Zhen-Dan and Tarasov, Sergey G. and Swenson, Rolf and Tinnefeld, Philip and Glembockyte, Viktorija and Cordes, Thorben and Sauer, Markus and Schnermann, Martin J.},
  title     = {Targetable conformationally restricted cyanines enable photon-count-limited applications},
  series = {Angewandte Chemie Internationale Edition},
  volume    = {60},
  journal   = {Angewandte Chemie Internationale Edition},
  number    = {51},
  doi       = {10.1002/anie.202109749},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-256559},
  pages     = {26685-26693},
  year      = {2021},
  abstract  = {Cyanine dyes are exceptionally useful probes for a range of fluorescence-based applications, but their photon output can be limited by trans-to-cis photoisomerization. We recently demonstrated that appending a ring system to the pentamethine cyanine ring system improves the quantum yield and extends the fluorescence lifetime. Here, we report an optimized synthesis of persulfonated variants that enable efficient labeling of nucleic acids and proteins. We demonstrate that a bifunctional sulfonated tertiary amide significantly improves the optical properties of the resulting bioconjugates. These new conformationally restricted cyanines are compared to the parent cyanine derivatives in a range of contexts. These include their use in the plasmonic hotspot of a DNA-nanoantenna, in single-molecule F{\"o}rster-resonance energy transfer (FRET) applications, far-red fluorescence-lifetime imaging microscopy (FLIM), and single-molecule localization microscopy (SMLM). These efforts define contexts in which eliminating cyanine isomerization provides meaningful benefits to imaging performance.},
  language  = {en}
}