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Institute

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Schriftenreihe

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Sonstige beteiligte Institutionen

  • International Max Planck Research School Molecular Biology, University of Göttingen, Germany (2)
  • Agricultural Center, BASF SE, 67117 Limburgerhof, Germany (1)
  • Center for Computational and Theoretical Biology (CCTB), Universität Würzburg (1)
  • Center for Nanoscale Microscopy and Molecular Physiology of the Brain (CNMPB), Göttingen, Germany (1)
  • Center for Nanosystems Chemistry (1)
  • Center for Nanosystems Chemistry (CNC), University of Würzburg (1)
  • Center for Nanosystems Chemistry (CNC), Universität Würzburg, Am Hubland, 97074 Würzburg, Germany (1)
  • Chemical Biology Laboratory, National Cancer Institue, Frederick (USA) (1)
  • Cluster of Excellence "Multiscale Bioimaging: from Molecular Machines to Networks of Excitable Cells, Göttingen (1)
  • Department of Cellular Biochemistry, University Medical Center Göttingen (1)
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EU-Project number / Contract (GA) number

  • 682586 (20)
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The biodiversity of the genus Dictyota: phytochemical and pharmacological natural products prospectives (2022)
Rushdi, Mohammed I. ; Abdel-Rahman, Iman A. M. ; Attia, Eman Zekry ; Saber, Hani ; Saber, Abdullah A. ; Bringmann, Gerhard ; Abdelmohsen, Usama Ramadan
Although a broad variety of classes of bioactive compounds have already been isolated from seaweeds of the genus Dictyota, most different species are still chemically and biologically unexplored. Dictyota species are well-known brown seaweeds belonging to the Dictyotaceae (Phaeophyta). The phytochemical composition within the genus Dictyota has recently received considerable interest, and a vast array of components, including diterpenes, sesquiterepenes, sterols, amino acids, as well as saturated and polyunsaturated fatty acids, have been characterized. The contribution of these valued metabolites to the biological potential, which includes anti-proliferative, anti-microbial, antiviral, antioxidant, anti-inflammatory, and anti-hyperpigmentation activities, of the genus Dictyota has also been explored. Therefore, this is the most comprehensive review, focusing on the published literature relevant to the chemically and pharmacologically diverse biopharmaceuticals isolated from different species of the genus Dictyota during the period from 1976 to now.
Einflüsse der Photophysik und Photochemie von Cyaninfarbstoffen auf die Lokalisationsmikroskopie (2023)
Helmerich, Dominic Andreas
In den letzten Jahren haben sich hochauflösende Fluoreszenzmikroskopiemethoden, basierend auf der Lokalisation einzelner Fluorophore, zu einem leistungsstarken Werkzeug etabliert, um Fluoreszenzbilder weit unterhalb der Auflösungsgrenze zu generieren. Hiermit können räumliche Auflösungen von ~ 20 nm erzielt werden, was weit unterhalb der Beugungsgrenze liegt. Dabei haben zahlreiche Optimierungen und Entwicklungen neuer Methoden in der Einzelmolekül-Lokalisationsmikroskopie die Genauigkeit der orstspezifischen Bestimmung einzelner Fluorophore auf bis zu ~ 1 – 3 nm erhöht. Eine Auflösung im molekularen Bereich, weit unterhalb von ~ 10 nm bleibt allerdings herausfordernd, da die Lokalisationsgenauigkeit nur ein Kriterium hierfür ist. Allerdings wurde sich in den letzten Jahren überwiegend auf die Verbesserung dieses Parameters konzentriert. Weitere Kriterien für die fluoreszenzmikroskopische Auflösung sind dabei unter anderem die Markierungsdichte und die Kopplungseffizienz der Zielstruktur, sowie der Kopplungsfehler (Abstand zur Zielstruktur nach Farbstoffkopplung), die sich herausfordernd für eine molekulare Auflösung darstellen. Auch wenn die Kopplungseffizienz und -dichte hoch und der Kopplungsfehler gering ist, steigt bei Interfluorophordistanzen < 5nm, abhängig von den Farbstoffen, die Wahrscheinlichkeit von starken und schwachen Farbstoffwechselwirkungen und damit von Energieübertragungsprozessen zwischen den Farbstoffen, stark an. Daneben sollten Farbstoffe, abhänging von der Lokalisationsmikroskopiemethode, spezifische Kriterien, wie beispielsweise die Photoschaltbarkeit bei dSTORM, erfüllen, was dazu führt, dass diese Methoden häufig nur auf einzelne Farbstoffe beschränkt sind. In dieser Arbeit konnte mithilfe von definierten DNA-Origami Konstrukten gezeigt werden, dass das Blinkverhalten von Cyaninfarbstoffen unter dSTORM-Bedingungen einer Abstandsabhängigkeit aufgrund von spezifischen Energieübertragungsprozessen folgt, womit Farbstoffabstände im sub-10 nm Bereich charakterisiert werden konnten. Darüber hinaus konnte diese Abstandsabhängigkeit an biologischen Proben gezeigt werden. Hierbei konnten verschiedene zelluläre Rezeptoren effizient und mit geringem Abstandsfehler zur Zielstruktur mit Cyaninfarbstoffen gekoppelt werden. Diese abstandsabhänigen Prozesse und damit Charakterisierungen könnten dabei nicht nur spezifisch für die häufig unter dSTORM-Bedingungen verwendeten Cyaninfarbstoffen gültig sein, sondern auch auf andere Farbstoffklassen, die einen Auszustand zeigen, übertragbar sein. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass hochauflösende dSTORM Aufnahmen unabhängig vom Farbstoffkopplungsgrad der Antikörpern sind, welche häufig für Standardfärbungen von zellulären Strukturen verwendet werden. Dabei konnte durch Photonenkoinzidenzmessungen dargelegt werden, dass aufgrund komplexer Farbstoffwechselwirkungen im Mittel nur ein Farbstoff aktiv ist, wobei höhere Kopplungsgrade ein komplexes Blinkverhalten zu Beginn der Messung zeigen. Durch die undefinierten Farbstoffabstände an Antikörpern konnte hier kein eindeutiger Energieübertragungsmechanismus entschlüsselt werden. Dennoch konnte gezeigt werden, dass Farbstoffaggregate bzw. H-Dimere unter dSTORM-Bedingungen destabilisiert werden. Durch die zuvor erwähnten DNA-Origami Konstrukte definierter Interfluorophordistanzen konnten Energieübertragungsmechanismen entschlüsselt werden, die auch für die Antikörper diverser Kopplungsgrade gültig sind. Des Weiteren konnten, ausgelöst durch komplexe Energieübertragungsprozesse höherer Kopplungsgrade am Antikörper, Mehrfarbenaufnahmen zellulärer Strukturen generiert werden, die über die spezifische Fluoreszenzlebenszeit separiert werden konnten. Dies stellt hier eine weitere Möglichkeit dar, unter einfachen Bedingungen, schnelle Mehrfarbenaufnahmen zellulärer Strukturen zu generieren. Durch die Verwendung des selben Farbstoffes unterschiedlicher Kopplungsgrade kann hier nur mit einer Anregungswellenlänge und frei von chromatischer Aberration gearbeitet werden. Neben den photophysikalischen Untersuchungen der Cyaninfarbstoffe Cy5 und Alexa Fluor 647 wurden diese ebenso photochemisch näher betrachtet. Dabei konnte ein neuartiger chemischer Mechanismus entschlüsselt werden. Dieser Mechanismus führt, ausgelöst durch Singulett-Sauerstoff (1O2), zu einer Photozerschneidung des konjugierten Doppelbindungssystems um zwei Kohlenstoffatome, was zu strukturellen und spektroskopischen Veränderungen dieser Farbstoffe führt. Auf Grundlage dieses Mechanismus konnte eine neue DNA-PAINT Methode entwickelt werden, die zu einer Beschleunigung der Aufnahmezeit führt.
Electron‐Rich EDOT Linkers in Tetracationic bis‐Triarylborane Chromophores: Influence on Water Stability, Biomacromolecule Sensing, and Photoinduced Cytotoxicity (2022)
Ferger, Matthias ; Roger, Chantal ; Köster, Eva ; Rauch, Florian ; Lorenzen, Sabine ; Krummenacher, Ivo ; Friedrich, Alexandra ; Košćak, Marta ; Nestić, Davor ; Braunschweig, Holger ; Lambert, Christoph ; Piantanida, Ivo ; Marder, Todd B.
Three novel tetracationic bis‐triarylboranes with 3,4‐ethylenedioxythiophene (EDOT) linkers, and their neutral precursors, showed significant red‐shifted absorption and emission compared to their thiophene‐containing analogues, with one of the EDOT‐derivatives emitting in the NIR region. Only the EDOT‐linked trixylylborane tetracation was stable in aqueous solution, indicating that direct attachment of a thiophene or even 3‐methylthiophene to the boron atom is insufficient to provide hydrolytic stability in aqueous solution. Further comparative analysis of the EDOT‐linked trixylylborane tetracation and its bis‐thiophene analogue revealed efficient photo‐induced singlet oxygen production, with the consequent biological implications. Thus, both analogues bind strongly to ds‐DNA and BSA, very efficiently enter living human cells, accumulate in several different cytoplasmic organelles with no toxic effect but, under intense visible light irradiation, they exhibit almost instantaneous and very strong cytotoxic effects, presumably attributed to singlet oxygen production. Thus, both compounds are intriguing theranostic agents, whose intracellular and probably intra‐tissue location can be monitored by strong fluorescence, allowing switching on of the strong bioactivity by well‐focused visible light.
Boron‐Locked Starazine – A Soluble and Fluorescent Analogue of Starphene (2022)
Feng, Yi ; Zhou, Jiadong ; Qiu, Honglin ; Schnitzlein, Matthias ; Hu, Jingtao ; Liu, Linlin ; Würthner, Frank ; Xie, Zengqi
A starlike heterocyclic molecule containing an electron‐deficient nonaaza‐core structure and three peripheral isoquinolines locked by three tetracoordinate borons, namely isoquinoline‐nona‐starazine (QNSA), is synthesized by using readily available reactants through a rather straightforward approach. This new heteroatom‐rich QNSA possesses a quasi‐planar π‐backbone structure, and bears phenyl substituents on borons which protrude on both sides of the π‐backbones endowing it with good solubility in common organic solvents. Contrasting to its starphene analogue, QNSA shows intense fluorescence with a quantum yield (PLQY) of up to 62 % in dilute solution.
Macrocyclic Donor‐Acceptor Dyads Composed of Oligothiophene Half‐Cycles and Perylene Bisimides (2022)
Bold, Kevin ; Stolte, Matthias ; Shoyama, Kazutaka ; Krause, Ana‐Maria ; Schmiedel, Alexander ; Holzapfel, Marco ; Lambert, Christoph ; Würthner, Frank
A series of donor‐acceptor (D−A) macrocyclic dyads consisting of an electron‐poor perylene bisimide (PBI) π‐scaffold bridged with electron‐rich α‐oligothiophenes bearing four, five, six and seven thiophene units between the two phenyl‐imide substituents has been synthesized and characterized by steady‐state UV/Vis absorption and fluorescence spectroscopy, cyclic and differential pulse voltammetry as well as transient absorption spectroscopy. Tying the oligothiophene strands in a conformationally fixed macrocyclic arrangement leads to a more rigid π‐scaffold with vibronic fine structure in the respective absorption spectra. Electrochemical analysis disclosed charged state properties in solution which are strongly dependent on the degree of rigidification within the individual macrocycle. Investigation of the excited state dynamics revealed an oligothiophene bridge size‐dependent fast charge transfer process for the macrocyclic dyads upon PBI subunit excitation.
Bowl-shaped naphthalimide-annulated corannulene as nonfullerene acceptor in organic solar cells (2020)
Menekse, Kaan ; Renner, Rebecca ; Mahlmeister, Bernhard ; Stolte, Matthias ; Würthner, Frank
An electron-poor bowl-shaped naphthalimide-annulated corannulene with branched alkyl residues in the imide position was synthesized by a palladium-catalyzed cross-coupling annulation sequence. This dipolar compound exhibits strong absorption in the visible range along with a low-lying LUMO level at –3.85 eV, enabling n-type charge transport in organic thin-film transistors. Furthermore, we processed inverted bulk-heterojunction solar cells in combination with the two donor polymers PCE–10 and PM6 to achieve open-circuit voltages up to 1.04 V. By using a blend of the self-assembled naphthalimide-annulated corannulene and PCE–10, we were able to obtain a power conversion efficiency of up to 2.1%, which is to the best of our knowledge the highest reported value for a corannulene-based organic solar cell to date.
Herstellung und Charakterisierung kolloidaler Lösungen diamantbasierter und verwandter Materialien (2022)
Muzha, Andreas
In der vorliegenden Publikation wurden stabile kolloidale Lösungen aus CVD-Diamant, Detonationsdiamant sowie artverwandten Materialien hergestellt und charakterisiert Besonderes Augenmerk wurde bei der Zerkleinerung von CVD Diamant daraufgelegt, dass die nanoskaligen Partikel ihre materialspezifischen Eigenschaften auch bei Reduktion der Größe beibehalten. Systematisch wurde die Zerkleinerung in einer Planetenmühle analysiert. Es wurde sowohl die minimal erreichbare Partikelgröße, als auch die Menge an erzeugtem, nanoskaligem Material bewertet. Um die Vermahlung zu verbessern, wurden die Geschwindigkeit der Mühle, die Größe der Mahlkörper, die Dauer der Vermahlung, sowie die eingesetzten Lösemittel variiert. Des Weiteren konnten durch die Vermahlung unterschiedlich hergestellter CVD Diamantfilme in einer Vibrationsmühle die Einflüsse von Schichtdicke und Korngröße der Diamantkristalle untersucht werden. Durch Bearbeitung von Detonationsdiamanten und Kohlenstoffnanozwiebeln wurden stabile kolloidale Lösungen hergestellt, mit Partikelgrößen im unteren Nanometerbereich. Diese sind im alkalischen pH-Bereich stabil sein, hierfür wurde durch Luft und Säureoxidation oxidierter Detonationsdiamant und oxidierte Kohlenstoffnanozwiebeln hergestellt. Mithilfe der thermogravimetrischen Analyse und Infrarotspektroskopie wurde die hierfür optimale Temperatur und Dauer bestimmt.
Leveraging bile solubilization of poorly water-soluble drugs by rational polymer selection (2021)
Schlauersbach, Jonas ; Hanio, Simon ; Lenz, Bettina ; Vemulapalli, Sahithya P. B. ; Griesinger, Christian ; Pöppler, Ann-Christin ; Harlacher, Cornelius ; Galli, Bruno ; Meinel, Lorenz
Poorly water-soluble drugs frequently solubilize into bile colloids and this natural mechanism is key for efficient bioavailability. We tested the impact of pharmaceutical polymers on this solubilization interplay using proton nuclear magnetic resonance spectroscopy, dynamic light scattering, and by assessing the flux across model membranes. Eudragit E, Soluplus, and a therapeutically used model polymer, Colesevelam, impacted the bile-colloidal geometry and molecular interaction. These polymer-induced changes reduced the flux of poorly water-soluble and bile interacting drugs (Perphenazine, Imatinib) but did not impact the flux of bile non-interacting Metoprolol. Non-bile interacting polymers (Kollidon VA 64, HPMC-AS) neither impacted the flux of colloid-interacting nor colloid-non-interacting drugs. These insights into the drug substance/polymer/bile colloid interplay potentially point towards a practical optimization parameter steering formulations to efficient bile-solubilization by rational polymer selection.
PAHs Containing both Heptagon and Pentagon: Corannulene Extension by [5+2] Annulation (2022)
Schnitzlein, Matthias ; Mützel, Carina ; Shoyama, Kazutaka ; Farrell, Jeffrey M. ; Würthner, Frank
Utilizing Pd‐catalyzed [5+2] annulation a series of heptagon‐extended corannulenes could be synthesized from a borinic acid precursor furnished by C−H borylation strategy. Single‐crystal X‐ray analysis revealed the presence of two conformational enantiomers crystallizing in a racemic mixture. Through their embedded five‐ and seven‐membered rings these polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) exhibit both negative and positive curvature and UV/Vis/NIR absorption spectroscopy as well as cyclic voltammetry experiments provided insights into the influence of larger flanking aromatic systems and electron‐donating substituents encompassing the heptagonal ring. Through [5+2] annulation of acenaphthylene an azulene‐containing PAH with intriguing optoelectronical properties including a very small bandgap and absorption over the whole visible spectrum could be obtained. Theoretical calculations were employed to elucidate the long‐wavelength absorption and aromaticity.
Sphingolipids: effectors and Achilles heals in viral infections? (2021)
Schneider-Schaulies, Sibylle ; Schumacher, Fabian ; Wigger, Dominik ; Schöl, Marie ; Waghmare, Trushnal ; Schlegel, Jan ; Seibel, Jürgen ; Kleuser, Burkhard
As viruses are obligatory intracellular parasites, any step during their life cycle strictly depends on successful interaction with their particular host cells. In particular, their interaction with cellular membranes is of crucial importance for most steps in the viral replication cycle. Such interactions are initiated by uptake of viral particles and subsequent trafficking to intracellular compartments to access their replication compartments which provide a spatially confined environment concentrating viral and cellular components, and subsequently, employ cellular membranes for assembly and exit of viral progeny. The ability of viruses to actively modulate lipid composition such as sphingolipids (SLs) is essential for successful completion of the viral life cycle. In addition to their structural and biophysical properties of cellular membranes, some sphingolipid (SL) species are bioactive and as such, take part in cellular signaling processes involved in regulating viral replication. It is especially due to the progress made in tools to study accumulation and dynamics of SLs, which visualize their compartmentalization and identify interaction partners at a cellular level, as well as the availability of genetic knockout systems, that the role of particular SL species in the viral replication process can be analyzed and, most importantly, be explored as targets for therapeutic intervention.
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