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Ein sehr wichtiger Tumorsuppressor ist der Transkriptionsfaktor p53, der Zellschicksals-Entscheidungen wie Zellzyklus-Arrest und programmierten Zelltod (Apoptose) kontrolliert. Die Wirkung von p53 und von seinen Familienmitgliedern p63 und p73 beruht überwiegend auf der Fähigkeit, als Transkriptionsfaktoren die Genexpression zu regulieren. Die DNA-Bindung an Promotoren von Zielgenen ist dabei von grundlegender Bedeutung und wird durch die hoch konservierte zentrale DNA-Bindungs-Domäne und den Carboxy-Terminus bestimmt. In dieser Arbeit wurden die DNA-Bindungseigenschaften von p53 und verschiedener Carboxy-terminalen p73 Isoformen untersucht. In „electrophoretic mobility shift assay” (EMSA) Experimenten bildeten p53 und p73gamma nur schwache Sequenz-spezifische DNA-Komplexe, wohingegen p73alpha, beta und delta die DNA deutlich stärker banden. Die schwache DNA-Bindung von p53 und p73gamma kann durch mehrfach positiv geladene Carboxy-Termini erklärt werden, die über eine Sequenz-unabhängige DNA-Bindung ein Gleiten entlang der DNA ermöglichen. Die Deletion der Carboxy-terminalen Domäne (CTD) von p53 („p53delta30“) verstärkte dementsprechend die Sequenz-spezifische DNA-Bindung in vitro und seine Übertragung auf p73alpha („p73alpha+30“) schwächte sie ab. Mittels „fluorescence recovery after photobleaching“ (FRAP) Experimenten konnte in lebenden Zellen eine Verminderung der intra-nukleären Mobilität von p53 und p73alpha+30 durch die CTD gezeigt werden, die aus der Sequenz-unabhängigen DNA-Bindung resultiert. Zusätzlich reduzierte die CTD die Sequenz-spezifische DNA-Bindung von p53 an den p21 (CDKN1A) Promotor. Das Spektrum der regulierten Zielgene wurde in einer Genom-weiten Genexpressions-Analyse nicht durch die CTD verändert, sondern maßgeblich durch das Protein-Rückgrat von p53 beziehungsweise p73 bestimmt. Allerdings verminderte die CTD das Ausmaß der Transkriptions-Regulation und hemmte die Induktion von Zellzyklus-Arrest und Apoptose. Die mehrfach positiv geladene CTD in p53 besitzt demzufolge eine negativ regulatorische Wirkung, die in den wichtigsten p73 Isoformen alpha, beta und delta fehlt. Die zentrale DNA-Bindungs-Domäne trägt durch elektrostatische Wechselwirkungen zwischen H1-Helices (Aminosäurereste 177 bis 182) unterschiedlicher p53 Monomere zu kooperativer DNA-Bindung und zu Zellschicksals-Entscheidungen bei. Anhand von Mutanten, die unterschiedlich starke H1-Helix-Interaktionen ermöglichen, konnte gezeigt werden, dass starke Interaktionen die Bindung an Promotoren von pro-apoptotischen Genen verstärkte, wohingegen die Bindung an anti-apoptotische und Zellzyklus-blockierende Gene unabhängig von der Interaktions-Stärke war. Diese Unterschiede in der Promotor-Bindung ließen sich nicht auf eine veränderte zelluläre Lokalisation der Mutanten zurückführen, da alle Mutanten überwiegend nukleär lokalisiert waren. Eine an Serin 183 Phosphorylierungs-defekte Mutante von p53 bildete stabile DNA-Komplexe, entsprechend einer Mutante mit starker H1-Helix-Interaktion, und trans-aktivierte pro-apoptotische Promotoren stärker als Mutanten, die Phosphorylierung von p53 an Serin 183 simulieren. Da zusätzlich bekannt ist, dass Serin 183 mit der H1-Helix wechselwirkt, könnte diese Phosphorylierung einen physiologischen Mechanismus zur Regulation der H1-Helix-Interaktion und damit des Zellschicksals darstellen. Zusammenfassend ließ sich zeigen, dass sowohl die Interaktions-Stärke zweier DNA-Bindungs-Domänen als auch die elektrische Ladung des Carboxy-Terminus die DNA-Bindungseigenschaften von p53 Familienmitgliedern bestimmen und so Zellschicksals-Entscheidungen der p53 Familie beeinflussen.

Brain function relies on accurate information transfer at chemical synapses. At the presynaptic active zone (AZ) a variety of specialized proteins are assembled to complex architectures, which set the basis for speed, precision and plasticity of synaptic transmission. Calcium channels are pivotal for the initiation of excitation-secretion coupling and, correspondingly, capture a central position at the AZ. Combining quantitative functional studies with modeling approaches has provided predictions of channel properties, numbers and even positions on the nanometer scale. However, elucidating the nanoscopic organization of the surrounding protein network requires direct ultrastructural access. Without this information, knowledge of molecular synaptic structure-function relationships remains incomplete. Recently, super-resolution microscopy (SRM) techniques have begun to enter the neurosciences. These approaches combine high spatial resolution with the molecular specificity of fluorescence microscopy. Here, we discuss how SRM can be used to obtain information on the organization of AZ proteins

Super-resolution fluorescence imaging based on inglemolecule localization relies critically on the availability of efficient processing algorithms to distinguish, identify, and localize emissions of single fluorophores. In multiple current applications, such as threedimensional, time-resolved or cluster imaging, high densities of fluorophore emissions are common. Here, we provide an analytic tool to test the performance and quality of localization microscopy algorithms and demonstrate that common algorithms encounter difficulties for samples with high fluorophore density. We demonstrate that, for typical single-molecule localization microscopy methods such as dSTORM and the commonly used rapidSTORM scheme, computational precision limits the acceptable density of concurrently active fluorophores to 0.6 per square micrometer and that the number of successfully localized fluorophores per frame is limited to 0.2 per square micrometer.

The inheritance of the histone H3 variant CENP-A in nucleosomes at centromeres following DNA replication is mediated by an epigenetic mechanism. To understand the process of epigenetic inheritance, or propagation of histones and histone variants, as nucleosomes are disassembled and reassembled in living eukaryotic cells, we have explored the feasibility of exploiting photo-activated localization microscopy (PALM). PALM of single molecules in living cells has the potential to reveal new concepts in cell biology, providing insights into stochastic variation in cellular states. However, thus far, its use has been limited to studies in bacteria or to processes occurring near the surface of eukaryotic cells. With PALM, one literally observes and 'counts' individual molecules in cells one-by-one and this allows the recording of images with a resolution higher than that determined by the diffraction of light (the so-called super-resolution microscopy). Here, we investigate the use of different fluorophores and develop procedures to count the centromere-specific histone H3 variant CENP-A\(^{Cnp1}\) with single-molecule sensitivity in fission yeast (Schizosaccharomyces pombe). The results obtained are validated by and compared with ChIP-seq analyses. Using this approach, CENP-A\(^{Cnp1}\) levels at fission yeast (S. pombe) centromeres were followed as they change during the cell cycle. Our measurements show that CENP-A(Cnp1) is deposited solely during the G2 phase of the cell cycle.

There is an urgent need for rapid and highly sensitive detection of pathogen-derivedDNAin a point-of-care (POC) device for diagnostics in hospitals and clinics. This device needs to work in a ‘sample-in-result-out’ mode with minimum number of steps so that it can be completely integrated into a cheap and simple instrument. We have developed a method that directly detects unamplified DNA, and demonstrate its sensitivity on realistically sized 5 kbp targetDNA fragments of Micrococcus luteus in small sample volumes of 20 mL. The assay consists of capturing and accumulating of target DNA on magnetic beads with specific capture oligonucleotides, hybridization of complementary fluorescently labeled detection oligonucleotides, and fluorescence imaging on a miniaturized wide-field fluorescence microscope. Our simple method delivers results in less than 20 minutes with a limit of detection (LOD) of,5 pMand a linear detection range spanning three orders of magnitude.