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Im Rahmen dieser Arbeit wurden zum einen erste Oligospiro(thio)ketal (OS(T)K)-basierte Modellsysteme (molekulare Sonden) für abstandsabhängige Messungen mittels Förster-Resonanz-Energietransfer (FRET) und zum anderen Sensorfluorophore, basierend auf einem DBD-Fluorophor und BAPTA, zur Messung der intrazellulären Calcium-Konzentration dargestellt.
Für die Synthese von molekularen Sonden für abstandsabhängige Messungen wurden verschiedenste einfach- und doppelt-markierte OS(T)K-Stäbe entwickelt und spektroskopisch untersucht. Die OS(T)K-Stäbe, sogenannte molekulare Stäbe, dienten als starre Abstandshalter zwischen den Fluorophoren. Als Fluorophore wurden Derivate von 6,7-Dihydroxy-4-methylcoumarin (Donor) und Acyl-DBD (Akzeptor) verwendet, die zusammen ein FRET-Paar bilden. Die Fluorophore wurden so funktionalisiert, dass sie sowohl unbeweglich bzw. „starr“, als auch beweglich bzw. „flexibel“ an den OS(T)K-Stab gebunden werden konnten. Für die Synthese der OS(T)K-Stäbe wurden ebenfalls eine Reihe an unterschiedlich langen und kurzen Stabbausteinen synthetisiert. Auf diese Weise wurden eine Vielzahl an verschiedensten einfach- und doppelt-markierten OS(T)K-Stäben dargestellt, deren Fluorophore sowohl „starr“ als auch „flexibel“ gebunden sind. Die dargestellten Stäbe wurden in verschiedensten Lösungsmitteln spektroskopisch untersucht, um anschließend das Verhalten in Vesikel, die eine biomimetische Umgebung darstellen, zu beurteilen. Es wurde festgestellt, dass sich die Stäbe erfolgreich in die Vesikelmembran einlagerten und hohe FRET-Effizienzen aufweisen.
Des Weiteren wurde ein FRET-Paar dargestellt, das sich durch 2-Photonenabsorpion im NIR-Bereich anregen lässt. Es wurde in den lebenden Zellen mittels Fluoreszenzlebenszeitmikroskopie (FLIM) untersucht.
Zur Untersuchung von intrazellulärem Calcium wurden zwei verschiedene DBD-Fluorophore über einen kurzen Linker mit dem Calcium-Chelator BAPTA verknüpft. Die dargestellten Fluorophore wurden sowohl in vitro als auch in vivo auf ihre Calcium-Sensitivität überprüft. Mittels FLIM wurden in lebenden Zellen die Fluoreszenzlebenszeitverteilungen der Fluorophore nach Calcium-Konzentrationsänderungen detektiert.
Transient receptor potential channels (TRP channels) are cation selective transmembrane receptors with diverse structures, activation mechanisms and physiological functions. TRP channels act as cellular sensors for a plethora of stimuli, including temperature, membrane voltage, oxidative stress, mechanical stimuli, pH and endogenous as well as exogenous ligands, thereby illustrating their versatility. As such, TRP channels regulate various functions in both excitable and non-excitable cells, mainly by mediating Ca2+ homeostasis. Dysregulation of TRP channels is implicated in many pathologies, including cardiovascular diseases, muscular dystrophies and hyperalgesia. However, the importance of TRP channel expression, physiological function and regulation in chondrocytes and intervertebral disc (IVD) cells is largely unexplored. Osteoarthritis (OA) and degenerative disc disease (DDD) are chronic age-related disorders that significantly affect the quality of life by causing pain, activity limitation and disability. Furthermore, currently available therapies cannot effectively slow-down or stop progression of these diseases. Both OA and DDD are characterised by reduced tissue cellularity, enhanced inflammatory responses and molecular, structural and mechanical alterations of the extracellular matrix, hence affecting load distribution and reducing joint flexibility. However, knowledge on how chondrocytes and IVD cells sense their microenvironment and respond to its changes is still limited. In this review, we introduced six families of mammalian TRP channels, their mechanisms of activation as well as activation-driven cellular consequences. We summarised the current knowledge on TRP channel expression and activity in chondrocytes and IVD cells and the significance of TRP channels as therapeutic targets for the treatment of OA and DDD.