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MINOS (mitochondrial inner membrane organizing structure) ist ein großer hetero-oligomerer Protein-Komplex in der inneren Mitochondrienmembran, der ursprünglich in Mitochondrien von Hefezellen identifiziert wurde. In diesen Zellen wurden die Komponenten des Komplexes an Cristae Junctions angereichert gefunden und es wurde gezeigt, dass sie für die Aufrechterhaltung dieser Verbindungen zwischen der inneren Grenzflächenmembran und der Cristae eine zentrale Rolle spielen. Zusätzlich wurde spekuliert, ob der MINOS-Komplex eine zentrale Komponente eines die Mitochondrien umschließenden Proteinnetzwerkes ist, das die Struktur und Funktion der Mitochondrien kontrolliert. Über die Anordnung der Komponenten dieses Komplexes in Mitochondrien ist bisher jedoch wenig bekannt. Durch überauflösende Fluoreszenzmikroskopie (Nanoskopie; super-resolution microscopy) wurde in dieser Arbeit die Lokalisation von zentralen Komponenten sowie von Interaktionspartnern des MINOS-Komplexes in Säugerzellen untersucht und es konnte gezeigt werden, dass die Kern-Komponenten des Komplexes in einzelnen, distinkten Clustern lokalisiert sind, die einen Dichtegradienten vom Zentrum zum Rand der Zellen hin aufweisen. Es konnte außerdem gezeigt werden, dass MINOS-Cluster in adhärenten Säugerzellen hochgeordnet und parallel zur Wachstumsoberfläche ausgerichtet sind. Interaktionspartner des MINOS-Komplexes wiesen jedoch keine solche Organisation auf und waren unterschiedlich lokalisiert. Durch quantitative Immuno-Elektronenmikroskopie wurde festgestellt, dass das humane Mitofilin an Cristae Junctions lokalisiert ist und durch Elektronen-Tomographie konnte belegt werden, dass die Cristae in den untersuchten Zellen hoch organisiert sind und die Cristae Junctions eine der MINOS-Cluster entsprechende geordnete Ausrichtung parallel zur Wachstumsebene aufweisen. Somit konnte gezeigt werden, dass der MINOS-Komplex in Mitochondrien der untersuchten humanen Zellen in distinkten Clustern an Cristae Junctions lokalisiert ist und ein unerwartet hohes Maß an Organisation aufweist, was eine zentrale Rolle dieses Komplexes in der Regulation vieler weiterer mitochondrialer Funktionen wahrscheinlich macht.

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This thesis focuses on super resolution STED optical imaging. STED provides a wealth of new informational content to the acquired images by using stimulated emission to surpass the diffraction limit in optical fluorescence microscopy. To further increase the informational content, a new method to perform multicolor STED imaging by exploiting differences in the photostability and excitation spectra of dyes is presented. In order to extract information from the images, computational algorithms which handle the new type of high resolution informational content are developed. We propose that multicolor super resolution imaging in combination with image analysis can reduce the amount of clinical samples required to perform accurate cancer diagnosis. To date, such diagnosis is based mainly on significant amounts of tissue samples extracted from the suspected tumor site. The sample extraction often requires anesthetics and can lead to complications such as hematoma, infections and even cancer cell ceding along the needle track. We show that by applying multicolor STED and image analysis, the information gained from single cells is greatly increased. We therefore propose that accurate diagnosis can be based on significantly less extracted tissue material, allowing for a more patient friendly sampling. This approach can also be applied when studying blood platelets, where we show how the high informational content can be used to identify platelet specific activational states. Since platelets are involved in many different types of diseases, such analysis could provide means of performing truly minimally invasive diagnostics based on a simple blood test. In addition, our data makes it possible to understand in finer detail the underlying mechanisms rendering cells metastasis competent. We combine the high resolution spatial information provided by STED with information regarding the adhesive forces of cells measured by TFM (Traction Force Microscopy) and the cell stiffness measured by AFM (Atomic Force Microscopy). Such comparisons provide a link between the specific highly resolved protein distributions and different cellular mechanics and functions. This thesis also includes STED imaging and analysis on the spatial organization of neuronal synaptic regulating proteins, implicating the speed with which neuronal signaling can be regulated. / <p>QC 20140207</p>

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