Super-Resolution-Mikroskopie von lebenden Zellen

Eukaryotische Zellen sind auf spezialisierte Organellen angewiesen, um lebenswichtige Aufgaben zu erfüllen. Jedes Organell besitzt dabei eine charakteristische Architektur, die exakt auf seine jeweilige Funktion abgestimmt ist.
Mitochondrien und das endoplasmatische Retikulum (ER) nehmen zum Beispiel zentrale Rollen in der Lipidsynthese, der Energieproduktion und der Regulation des Zellstoffwechsels ein. Unsere Forschung zielt darauf ab, zu verstehen, wie die Architektur dieser Organellen in Zellen aufrechterhalten und dynamisch umgestaltet wird. Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf sogenannten Contact Sites – spezialisierten Membranregionen, über die Organellen interagieren und Substanzen austauschen.

Wir verwenden Super-Resolution-Mikroskopie, um subzelluläre Strukturen und Organell-Dynamiken jenseits der Beugungsgrenze sichtbar zu machen. Durch die Kombination modernster bildgebender Verfahren mit biochemischen und molekularbiologischen Methoden erforschen wir die Mechanismen, die der Kommunikation zwischen Organellen und der metabolischen Koordination zugrunde liegen.

Mit diesem interdisziplinären Ansatz wollen wir grundlegende Fragen der Zellbiologie beantworten: Wie entsteht die Architektur von Organellen? Was reguliert die Interaktionen zwischen ER und Mitochondrien? Und wie beeinflussen diese Prozesse den Lipid- und Energiestoffwechsel?

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Die Abbildung zeigt einen Ausschnitt einer lebenden humanen Krebszelle, in der das endoplasmatische Retikulum fluoreszenzmarkiert wurde. Die Aufnahme erfolgte mittels Stimulated Emission Depletion (STED) Super-Resolution-Mikroskopie. Der optische Auflösungsgewinn offenbart feine strukturelle Details, die mit herkömmlicher konfokaler Laserscanning-Mikroskopie nicht sichtbar wären.

2024

Elancheliyan, P., Maruszczak, K. K., Serwa, R.A., Stephan, T., Gulgec, A. S., Borrero-Landazabal, M. A., Ngati S., Gosk, A., Jakobs, S., Wasilewski, M., Chacinska, A: "OCIAD1 and prohibitins regulate the stability of the TIM23 protein translocase".

Cell Reports 2024 Dec 24; 43(12):115038 (Article). 

2024

Scholz, J., Stephan, T., Pérez, A. G., Csiszár, A., Hersch, N., Fischer, L. S., Brühmann, S., Körber, S., Litschko, C., Mijanovic, L., Kaufmann, T., Lange, F., Springer, R., Pich, A., Jakobs, S., Peckham, M., Tarantola, M., Grashoff, C., Merkel, R., Faix, J.: "Decisive role of mDia-family formins in cell cortex function of highly adherent cells". 

Science Advances 2024 Nov;10(44):eadp5929 (Article).

2024

Stephan, T., Ilgen, P., Jakobs, S.: "Visualizing mitochondrial dynamics at the nanoscale"

Light Science & Applications (News and Views). 

2024

Chen, J., Stephan, T., Gaedke, F., Liu, T., Li, Y., Schauss, A., Chen, P., Wulff, V., Jakobs, S., Jüngst, C., Chen, Z.: "An aldehyde-crosslinking mitochondrial probe for STED imaging in fixed cells". 

Proceedings of the National Academy of Sciences 121, e2317703121 (Article).

2024

Stephan, T.*, Stoldt, S.*, Barbot, M.*, Carney, T.D., Lange, F., Bates, M., Bou Dib, P., Inamdar, K., Shcherbata, H.R., Meinecke, M., Riedel, D., Dennerlein, S., Rehling, P., Jakobs, S.: "Drosophila MIC10b can polymerize into cristae-shaping filaments"'. 

Life Science Alliance 7, e202302177 (Article). 

2023

Ebrahimi, V., Stephan, T., Kim, J., Carravilla, P., Eggeling, C., Jakobs, S., Han, K.Y.: "Deep learning enables fast, gentle STED microscopy". 

Communications Biology 6, 674 (Article). 

2022

Liu, T.*, Stephan, T.*, Chen, P., Keller-Findeisen, J., Chen, J., Riedel, D., Yang, Z., Jakobs, S., Chen, Z.: "Multi-color live-cell STED nanoscopy of mitochondria with a gentle inner membrane stain". 

Proceedings of the National Academy of Sciences 119, e2215799119 (Article). 

2022

Bates, M., Keller-Findeisen, J., Przybylski, A., Hüper, A., Stephan, T., Ilgen, P., Cereceda Delgado, A.R., D'Este, E., Egner, A., Jakobs, S., Sahl, S.J., Hell, S.W.: "Optimal precision and accuracy in 4Pi-STORM using dynamic spline PSF models". 

Nature Methods 19, 603–612 (Article). 

2020

Stephan, T.*, Brüser, C.*, Deckers, M., Steyer, A.M., Balzarotti, F., Barbot, M., Behr, T.S., Heim, G., Hübner, W., Ilgen, P., Lange, F., Pacheu-Grau, D., Pape, J.K., Stoldt, S., Huser, T., Hell, S.W., Möbius, W., Rehling, P., Riedel, D., Jakobs, S.: "MICOS assembly controls mitochondrial inner membrane remodeling and crista junction redistribution to mediate cristae formation". 

The EMBO Journal 39, e104105 (Article). 

2020

Pape, J.K.*, Stephan, T.*, Balzarotti, F., Büchner, R., Lange, F., Riedel, D., Jakobs, S., Hell, S.W.: "Multicolor 3D MINFLUX nanoscopy of mitochondrial MICOS proteins". Proceedings of the National Academy of Sciences 117, 20607–20614 (Article). 

2020

Jakobs, S., Stephan, T., Ilgen, P., Brüser, C.: "Light Microscopy of Mitochondria at the Nanoscale". 

Annual Review of Biophysics (Review). 

2019

Stephan, T., Rösch, A., Riedel, D., Jakobs, S.: "Live-cell STED nanoscopy of mitochondrial cristae". 

Scientific Reports 9, 12419 (Article). 

2019

Stoldt, S.*, Stephan, T.*, Jans, D.C., Brüser, C., Lange, F., Keller-Findeisen, J., Riedel, D., Hell, S.W., Jakobs, S.: "Mic60 exhibits a coordinated clustered distribution along and across yeast and mammalian mitochondria". 

Proceedings of the National Academy of Sciences 116, 9853 (Article). 

*) These authors contributed equally.

Prof. Dr. Till Stephan
Buchmann Institute for Molecular Life Sciences

Goethe Universität Frankfurt am Main
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