Biophysical approaches to understand life at different scales

1st BioSoft symposium

Biophysical approaches to understand life at  different scales

Forschungszentrum Jülich – 6th November 2014 Within the scope of the graduate school program International Helmholtz Research School in  Biophysics and Soft Matter (IHRS BioSoft), the fellows are pleased to organize the first 

networking event. We hope that  our efforts help to foster a  series of events in the near future.

This meeting brings together researchers using quantitative approaches towards the biophysical understanding of different physiological processes essential to life. The sheer complexity of  living organisms poses a jumbled puzzle to solve when studying processes like the development  of an early embryo or the maturation of pathogenic behaviors. Recent developments in 

biotechnology, molecular biology, biochemistry and biophysical modeling have fostered  unprecedented approaches to unravel the multidimensional facets of such complex pathways. 

Our workshop aims at providing an interdisciplinary platform to bring together the 

complementary skills of experimentalists and theoreticians (spanning as many involved fields  as possible) in order to understand the role of forces, flow and fluctuations within biological  systems. The 7 proposed talks specifically address 3 major themes:

1. Bioadhesion, cytoskeleton and cell motility 2. Tissue growth and morphogenesis

3. Collective behaviors in biological networks

The proposed themes focus on cellular behavior at different scales ranging from the single cell  level to multicellular­aggregates like tissues, and even encompass complex biological networks. 

A major goal is to provide a platform for students and young scientists to present and discuss  their work with other students and expert researchers, in order to promote the mutual exchange of ideas and facilitate the development of novel research directions.

Looking forward to seeing in Juelich, Sabyasachi Dasgupta, Guglielmo Saggiorato, Gloria Fabris, and Melanie Balbach

Schedule

9:00 ­ 9:10 Introduction to the symposium

9:10 ­ 10:05 Biomimetics (T1) A. Roux – Univ. of Geneva (Switzerland)

Mechanics of protein coats in cell membrane traffic 10:05 ­ 11:00 Cytoskeleton (T2) J. Guck ­ TU Dresden (Germany)

How cells feel ­ and why that's important 11:00 ­ 11:15 Coffee & tea break

11:15 ­ 12:15 Cell Adhesion (T3) E. Sackmann ­ TU München (Germany) Physics of Cell Adhesion

12:15­14:15 Poster Session @ Lunch  14:15 ­ 15:15 Collective Behavior (T4)

P. Silberzan ­ Institut Curie, Paris (France) Imposing and releasing confinement to an  epithelium

15:15 ­ 16:15 Bionetworks (T5) T. Mora ­ ENS, Paris (France)

Inferring the statistical mechanics of collective  phenomena

16:15 ­ 16:45 Coffee & tea break

16:45 ­ 17:45 Morphogenesis (T6) P. F. Lenne ­ IBDM, Marseille (France) Mechanics of cell contacts during tissue  morphogenesis

17:45 ­ 18:45 Developmental Biology  (T7)

L. Hufnagel ­ EMBL Heidelberg (Germany) BioImaging across scales with light­sheet  microscopy: from cells to embryos

18:45 ­ 19:00 Valedictory remarks

Talk abstracts  

T1. Aurelien Roux

Mechanics of protein coats in cell membrane traffic

Proteins involved in membrane traffic transiently interact with lipid membranes in order to  remodel them, i.e. to deform them, cut and fuse them. But lipid membrane are not passive in  these processes, they are visco­elastic surfaces which require energy to be remodeled. In this  talk I will review a few studies where we show that the elastic energy of the membrane impacts  the function of protein assemblies in membrane traffic. In particular, we will show how 

membrane tension and rigidity competes with clathrin budding and dynamic fission reactions,  and I will show how ESCRT proteins have evolved to deform membranes by buckling. 

T2. Jochen Guck

How cells feel ­ and why that's important

While most current biological research focuses on molecular, biochemical aspects of cell 

function, we are interested in the mechanical properties of cells and tissue and their importance  for biological function. The mechanical strength of cells is largely determined by the 

cytoskeleton, an internal polymer hybrid network intricately regulated by many signaling  pathways. This cytoskeleton evolves during physiological changes, such as differentiation, is  involved in many cellular functions, such as migration, and is characteristically altered in  pathologies, including cancer or inflammation. We can exploit the deformability of the  cytoskeleton as a link between molecular structure and biological function to sensitively  monitor these functional changes using an optical stretcher and a novel, high­throughput  microfluidic technique. Our results indicate that the material properties of cells define their  function, can be used as an inherent cell marker and could serve as target for novel therapies.

T3. Erich Sackmann

Physics of Cell Adhesion

Cells migrate by ongoing formation of adhesion domains at the leading front and their  dismantling at the trailing end. Protruding forces are generated by sequential generation of  solitary actin gelation waves protruding form adhesion domains (AD). The AD are formed by  interplay of generic and specific interfacial forces and act both as force transmitting feet and  biochemical reaction centers controlling actin polymerization and actin­microtubule crosstalk. 

Actin polymerization serves the generation of protrusion forces while microtubules drive the  motion of the cell body.

The global polarization of migrating cells is mediated by actin microtubule crosstalk. The short  range cell polarization is controlled by the competition of antagonistic GTPase controlled  biochemical pathways. that promote actin gelation at the front of migrating cells and AD  dismantling at the trailing ends , respectively. 

Insight into the actin microtubule crosstalk is gained by magnetic tweezer micro­rheometry. 

Microinterferometry (RICM) serves the observation of adhesion domains and the measurement  of adhesion and transmission forces. 

T4. Pascal Silberzan

Imposing and releasing confinement to an epithelium

Epithelial tissues, for which cells maintain contacts with their neighbors, exhibit collective  behaviors largely controlled by cell­cell interactions. In this context confinement and boundary  conditions play an important role in the dynamics of these cell assemblies. Interestingly, many  in vivo processes, including morphogenesis or tumor maturation, involve small populations of  cells within a spatially restricted region. Cells confined on finite, population­sized domains  exhibit both collective rotation with stochastic reversals and low­frequency radial displacement  modes. When this boundary condition is removed, we observe the collective migration of these  epithelia. In the first stages, the essential characteristics of these collective dynamics in these  two situations are well described by the same model in which cells are described as persistent  random walkers which adapt their motion to that of their neighbors. However, at late stages,  cells in confined epithelia develop a tridimensional structure in the form of a peripheral cell  cord at the domain edge. Epithelial confinement by itself is thus observed to induce 

morphogenetic­like processes including spontaneous collective pulsations and transition from  2D to 3D.

References:

[1] Deforet, M., Hakim, V., Yevick, H. G., Duclos, G. & Silberzan, P. Emergence of collective  modes and tridimensional structures from epithelial confinement. Nat. Commun. 5, 1–9 (2014).

[2]  Reffay, M. et al. Interplay of RhoA and mechanical forces in collective cell migration driven  by leader cells. Nat. Cell Biol. 16, 217 (2014).

[3] Sepúlveda, N. et al. Collective cell motion in an epithelial sheet can be quantitatively  described by a stochastic interacting particle model. PLoS Comput. Biol. 9, e1002944 (2013).

T5. Thierry Mora

Inferring the statistical mechanics of collective phenomena

Collective phenomena are emergent events that cannot simply be explained as a sum of 

individual behaviors. They are relevant at many scales in biology, from the collective dynamics  of neural networks to the concerted motion of bird flocks. Focusing on these two examples, I  will show how the tools and concepts of statistical mechanics, when applied directly to  experimental data, can be used to gain insight about the collective behavior of complex  biological systems.

T6. Pierre ­ François Lenne

Mechanics of cell contacts during tissue morphogenesis

Cell­generated forces produce a variety of tissue movements and tissue shape changes. The  cytoskeletal elements that underlie these dynamics act at cell­cell and cell­extracellular matrix  contacts to apply local forces on adhesive structures. Using quantitative imaging and force  measurements in vivo, we study how cell­cell contacts are organized and how subcellular  tensile forces are transmitted to drive tissue morphogenesis. 

T7. Lars Hufnagel  

BioImaging across scales with light­sheet microscopy: from cells to embryos

Developmental processes are highly dynamic and span many temporal and spatial scales. A  whole­embryo view of morphogenesis with subcellular resolution is essential to unravel the  interconnected dynamics at the varying scales of development, from interactions within cells to  those acting across the whole embryo. Bridging scales from the submicron to the millimeter  range with a temporal resolution of several seconds (combined with a total imaging time of  several hours) not only poses tremendous challenges for modern microscopy methods but also  requires powerful computational approaches for data handling, processing and image analysis. 

I present a multiview selective­plane illumination microscope (MuVi­SPIM), comprising two  detection and illumination objective lenses, that allows rapid /in toto/ fluorescence imaging of  biological specimens with subcellular resolution.

Campus Map

Posters

01 Nanosecond protein dynamics studied by  single­molecule FRET and a coarse­grained  model,

Gabba Matteo

02 Migration of red blood cells in microvessels, Katanov Dinar

03 Depletion interactions induced by fd virus: on  the limits of low density and Derjaguin  approximation,

Desio Silvia

04 Numerical Study of (Dynamic) Light Scattering  by Red Blood Cells in Equilibrium and Flow, Johannes Mauer

05 Added dimensionality: New approaches towards improved cell/chip coupling for multi­electrode  arrays,

Ullmann Sabrina

06 Macromolecular crowding induces holo  ­α lactalbumin aggregation by converting to its apo  form,

Mittal Shruti 07 Role of N­Acetylaspartate in Alzheimer disease,

Warepam Marina

08 PAH1 domain is responsible for the 

thermodynamic and structural stabilization of  hSin3B in low pH condition,

Raj Tauheed Hasan 09 N­homocysteinylation Induces Different 

Structural and Functional Consequences on  Acidic and Basic Proteins,

Gurumayum Suraj Sharma

10 Knowledge­based protein structure prediction, Hoffmann Falk

11 Phase Differential Microscopy, a new method for measuring chemotactic fluxes,

Colin Remy

12 Conformational fluctuations of DNA hairpin­

loops: dissecting the multiple impacts of  macromolecular crowding,

Stiehl Olivia 13 SPIM applications in organismal biology,

Struntz Philipp

14 Mechanical cues during early embryogenesis of C.

elegans,

Fickentscher Rolf 15 Forces and restraints: a bottom­up approach to 

studying cell shape, Kurniawan Nicholas

16 Phase separation of self­propelled rods with  length bidispersity,

Abkenar Masoud 17 Potassium Binding to Excitatory Amino Acid 

Transporters, Kortzak Daniel

18 SMLM Imaging the Cytoskeleton, Hendriks Johnny

19 Local averaging of single particle cryo­electron  microscopy data,

Duraisamy Amudha Kumari

20 Structure and Dynamics of HIV­1 TAR RNA  complex with a small molecule,

Kolar Michal H.

21 Elements and relations of a Life Theory (LT), Opielok Stephan

22 Structural dynamics of a cyclic nucleotide­

binding domain during ligand binding, Mukherjee Shatanik

23 Super­resolution microscopy provides insights  into sea urchin sperm,

Hamzeh Hussein

24 Length matters: hydrophobic mismatch sorts  SNARE proteins into distinct membrane  domains,

Milovanovic Dragomir 25 Forcing clathrin onto its knees,

Platen Mitja

26 Investigating the cross­talk between GBA1 and  GBA2 in Gaucher disease,

Schonauer Sophie 27 Intracellular Calcium fluctuations modulate 

directional migration of dendritic cells, Guu Donald

28 Simulation of transport through biological  networks,

Denisov Dmitry 29 Dynamic properties of molecular motors moving

along the cytoskeleton, Miedema Daniel

30 Simulation and Modeling for the Reconstruction  of Nerve Fibers in the Brain by 3D Polarized  Light Imaging,

Menzel Miriam

31 Microrheology study of integrin dependent  mechanical properties of fibroblast cells, Klein Jan Fenneke

32 Investigating dynamic processes in pathogenic  Acanthamoeba,

Selhuber­Unkel Christine

33 Neutron spectroscopic observation of fast  motions in ADH With and withoud NAD in  aqueous solution,

Michael Monkenbusch

34 Artificial Tissue, ultra­soft elastomers for cell  mechanical investigation,

Heinrichs Viktor

35 Understanding and controlling cellular 

networks: Multicellular in vitro models for heart tissue,

Benjamin Wolters

36 Positive charged lipid bilayer formation on gold  for neuronal cell culture,

Choi Sung­Eun

37 Monitoring dopaminergic signalling in the  retina with genetically encoded sensor proteins, Sieben Anna

38 A Novel Fusogenic Drug Delivery System, Braun Tobias

39 The antimicrobial peptide [KIGAKI]3 perturbs  lipid membranes,

Schulte Marianne

40 Solid State NMR Spectroscopy: Investigation of  the core arrangement in the prion domain of  Sup35NM S17R mutant,

Uluca Boran

41 Ab initio protein structure modeling with  density map,

Wang Zhe

42 PHAT: PHysarum Analysis Tool, Dirnberger Michael

43 Structure and dynamics of human Nedd4­1  WW3* domain,

Panwalkar Vineet

44 Flow and Diffusion in Channel­Guided Cell  Migration,

Marel Anna­Kristina 45 Supported lipid bilayer with incorporated fusion

proteins: a platform for studying cell­cell  contact,

Afanasenkau Dzmitry

46 Sorting cryo­EM images into classes of similar  molecular conformations,

Spiegel Michaela

47 Mesoscale Modelling of Microparticle Flow in  Deterministic Lateral Displacement Devices, Henry Ewan

48 Silicon Nanowire Structures For Biosensing, Pud Sergii 

49 Simulation of single­molecule fluorescence data  with regard to Amyloid beta 42 detection, Schneider Mario

50 Investigation of DPPC­Membranes in the gel  phase and its phase transition in Molecular  Dynamics Simulations

Kowalik Bartosz 51 The acinar cage: molecule exchange and 

mechanical stability of breast glands are  determined by basement membranes, Aljona Gaiko­Shcherbak, Gloria Fabris

52 Spline­like interpolation in particle tracking  microrheology,

Tamás Haraszti

53 Higher­order architecture of rhodopsin in  photoreceptors,

Anne V. Schulze

54 Effect of hydrophobic mismatch and rigidity of  proteins on the cluster formation of 

transmembrane proteins in biomembrane, Hamidreza  Jafarinia

Poster abstracts  

P1. Matteo Gabba    

Institute of Complex Systems 5 Forschungszentrum Jülich

Nanosecond protein dynamics studied by single­molecule FRET and a coarse­

grained model

Well pronounced interdomain movements in 3­Phosphoglycerate kinase (PGK) are assumed to  be crucial for the reversible phosphor transfer reaction catalyzed by this enzyme during 

glycolysis. Using a cysteine double mutant with fluorescent dyes attached at the distal ends of  each domain of PGK from yeast [1], we performed single­molecule Förster Resonance Energy  Transfer (smFRET) experiments[2]. The fast dynamics of the protein were simulated with an  elastic network (EN) under a Multiparticle Collision Dynamics (MPC) approach, combined with an accessible volume (AV) description of the dye [3]. 2D­plots of the FRET­efficiency versus the  donor lifetime [4] show that PGK is a highly flexible system with interdomain dynamics 

spanning from nanoseconds up to milliseconds. Here, slow interconversion between an 

extended state and a compact conformation of the domains take place. The internal dynamics of the compact state is faster than milliseconds. Starting from the compact state, hinge bending  brownian fluctuations bring the ligand­free protein in the catalytically competent state. The  character of this functional motion is encoded in the structural topology of PGK as shown by  normal mode analysis (NMA). Upon addition of the substrates the expanded state depopulates,  with a population shift mechanism selecting the compact conformation which better allows the  functional relevant motions. The timescale of the interdomain motions is recovered by means of the mesoscale hydrodynamics simulation.

[1] T. Rosenkranz, R. Schlesinger, M. Gabba, J. Fitter, ChemPhysChem, 12, 704­710, 2011.

[2] Matteo Gabba, Simon Poblete, Daryan Kempe, Antonie Schöne, Tina Züchner, Gerhard  Gompper,  Jörg Fitter, Biophysical Journal, Vol. 106, Issue 2, p253a

[3] S. Sinbert et al., JACS, 133, 2463­2480, 2011.

[4] E. Sismakis, A. Valeri, S. Kalinin, P.J. Rothwell, and C.A.M. Seidel, Methods in Enzymology,  475, 455­514, 2010.

P2. Dinar  Katanov     

Institute of Complex Systems 2 Forschungszentrum Jülich Migration of red blood cells in microvessels

Blood flow resistance in microcirculation is affected by the distribution and migration of red  blood cells (RBCs) in flow. RBCs in microvessels migrate toward the vessel center due to  hydrodynamic interactions with the walls leading to a cell­free layer near the walls and to a  decrease in blood flow resistance. However, the position of RBCs in flow is disturbed at vessel  bifurcations and branches resulting in an increase of the flow resistance. Using mesoscopic  hydrodynamics simulations of blood flow, we study the migration of RBCs toward the center of cylindrical vessels and monitor a change in the flow resistance. The RBC migration is 

investigated for different flow rates, tube diameters, hematocrit values, and RBC aggregation  interactions. Our results show that the migration for different flow rates can be well described  by a master curve using a proper time scale. RBC aggregation interactions lead to a significant  decrease in flow resistance at low flow rates. Finally, the effect of flow disturbance at vessel  branching sections on blood flow resistance is quantified. These results are also relevant for  flow of a suspension with other deformable particles.

P3.  Silvia Desio       

Institute of Complex Systems 3 Forschungszentrum Jülich

Depletion interactions induced by fd virus: on the limits of low density and  Derjaguin approximation

Depletion interactions can determine the phase behavior of bi­colloidal or more complex  suspensions, by which they play an important role in crowded biological systems as well as in  colloidal formulations used in technical applications. The theory of Depletion interaction was  first formulated in terms of pair­wise potentials by Asakura and Oosawa in the ’50 for the case  of large colloidal spheres dispersed in a solution of non­interacting depletants, where the  colloidal particles interact among each other and with the depletants solely by excluded 

volume, while the depletants are treated like an ideal gas (low density approximation) and they  are much smaller than the spheres (Derjaguin approximation). The Asakura­Oosawa 

description has been proven right by many experiments and numerical calculations within its  limits of low density and Derjaguin approximation. In this study we were exploring the limits  of these approximations by willingly violating them for the case of Depletion potentials induced

by rod­like depletants between a spherical probe and a planar wall. By means of total internal  reflection microscopy (TIRM), we measured the Depletion potentials profiles between four  differently sized probes in the micrometer range (1mm­4mm in diameter) and a planar wall  which were induced by fd virus rods. The rods have a length L=880 nm, consequently we  varied the size ratio L/R from 0.44 to 1.76. We applied suspensions with virus concentrations  ranging from 0.06 mg/ml (just below the overlap value c*=0.07 mg/ml) up to 1 mg/ml (almost  15c*) to induce Depletion between the probes and the wall. We find that the low density 

approximation and the Derjaguin approximation hold surprisingly far beyond the expected  limits. The low density approximation holds up to rod concentrations of approximately six to  seven times larger than the overlap concentration, while Derjaguin approximation is violated  only if the particle diameter is of the order of the rod length or smaller.

P4. Johannes Mauer       

Institute of Complex Systems 2 Forschungszentrum Jülich

Numerical study of (dynamic) light scattering by red blood cells in  equilibrium and flow

We investigate light scattering properties of red blood cells in diffusion and flow conditions. 

The simulation results are expected to deepen the understanding of specific types of blood flow.

P5. Sabrina Ullmann       

Institute of Complex Systems 6 Forschungszentrum Jülich

Added dimensionality: New approaches towards improved cell/chip coupling  for multi­electrode arrays

Multi­electrode arrays (MEAs) are gaining increasing importance for the investigation of  signalling processes between electrogenic cells and the study of bionetworks. In contrast to  patch clamping, the current gold standard for the investigation of cellular signals, MEAs are  non­invasive and enable parallel, multi­site recording. Efficient cell­chip coupling for robust  and long­term electrophysiological recording and stimulation, however, still remains a  challenge. A possible approach for the improvement of the cell­electrode contact is the  utilization of three­dimensional structures. Since the formation of a tight cell 

membrane/electrode contact is a prerequisite for a high sealing resistance and high signal  amplitude, we aim to understand the geometrical conditions that facilitate a tight and stable  interface. Here, we investigate various different designs such as mushroom­shaped 3D 

electrodes and nanocavities for their capabilities with respect to the recording of cellular signals.

P6. Shruti Mittal       

Dr. B. R. Ambedkar Centre for Biomedical Research University of Delhi Macromolecular crowding induces holo  ­lactalbumin aggregation by  α converting to its apo form

Macromolecular crowding has been shown to have an exacerbating effect on the aggregation  propensity of amyloidogenic proteins; while having an inhibitory effect on the non­

amyloidogenic proteins. However, the results concerning aggregation propensity of non­

amyloidogenic proteins have not been convincing due to the contrasting effect on holo  ­α lactalbumin (holo­LA), which despite being a non­amyloidogenic protein was observed to  aggregate under crowded conditions. In the present study, we have extensively characterized  the crowding­induced holo­LA aggregates and investigated the possible mechanism 

responsible for the crowding­induced aggregation process. We discovered that macromolecular  crowding results in the loss/reduction in the calcium binding affinity of the holo­LA leading to  aggregate formation. In addition, calcium is observed to act as a chaperone capable of inhibiting and dissociating crowding­induced holo­LA aggregates. The study has a direct implication to  Alzheimer Disease as the results invoke a new mechanism to prevent A  fibrillation.β

P7. Marina  Warepam     

Dr. B. R. Ambedkar Centre for Biomedical Research University of Delhi Role of N­Acetylaspartate in Alzheimer disease

Alzheimer’s disease (AD), one of the most common neurodegenerative disorder is well  characterised by accumulation of a highly ordered protein aggregates in brain. Recently, with  the advent of a technique (proton magnetic resonance spectroscopy) for monitoring changes in  levels of brain metabolites during the disease progression, a decrease in N­Acetylaspartate  (NAA) and an increase in Myoinositol (mI) levels have been most consistently detected in  brains of AD patients. On such grounds, both of them were often regarded as a valuable marker

for diagnosis of AD. A relationship between the formation of protein aggregates and changes in  level of these two markers has not been studied. Therefore, it is important to investigate their  roles on protein aggregation. In this study, we have investigated the effect of NAA and mI on  aggregation profile of an aggregation model protein, carbonic anhydrase. Here, we found that  while NAA with increasing concentration is able to inhibit aggregation of the protein, mI affect  only the rate of aggregation. However, when mI is titrated with NAA, rate as well as magnitude of the protein aggregation is reduced. This suggests that importance of NAA level in brain cells  AD patients to control the deposition of protein aggregations.

P8. Tauheed Hasan       

Dr. B. R. Ambedkar Centre for Biomedical Research University of Delhi PAH1 domain is responsible for the thermodynamic and structural  stabilization of hSin3B in low pH condition

Human Sin3B (hSin3B), is a scaffold protein that binds to different transcription factors and  regulate transcription. It consists of six conserved domains that includes four Paired 

Amphipathic Helices (PAH 1­4), one histone deacetylase interaction domain (HID) and one  highly conserved region (HCR). Sin3 has no DNA binding domain of its own; therefore it  requires DNA binding transcription factors on PAH domains of Sin3 to regulate transcription of genes. Recent advances have proved that hSin3B is a stress protein and gets upregulated in  various stress condition such as DNA damage, oncogenic stress, oxidative stress and low pH  condition. As each of the PAH domains of hSin3B have different physiochemical properties  such as pI (isoelectric point of protein) and hydropathy index. Therefore it might be possible  that the PAH domains shows different thermodynamic and structure stability in stress  condition. In the present communication we have investigated the effect of extreme pH on  structure and thermodynamic stability of the different PAH domains of hSin3B. Our major  finding is that PAH1 is structurally and thermodynamically more stable at pH 4 beyond which  the protein gets unfolded whereas PAH2 and PAH3 domains get destabilized in low pH  condition. This study indicates that PAH1 domain might responsible for stabilization of hSin3B  in extreme of pH condition not the whole protein.

P9. Suraj Sharma Gurumayum        

Dr. B. R. Ambedkar Centre for Biomedical Research University of Delhi N­homocysteinylation induces different structural and functional  consequences on acidic and basic proteins

One of the proposed mechanisms of homocysteine toxicity in human is the modification of  proteins by the metabolite of Hcy, homocysteine thilolactone (HTL). Incubation of proteins with HTL has earlier been shown to form covalent adducts with  ­amino group of lysine residues of ε protein (called N­homocysteinylation). It has been believed that protein N­homocysteinylation  is the pathological hallmark of cardiovascular and neurodegenerative disorders as 

homocysteinylation induces structural and functional alterations in proteins. In the present  study, reactivities of HTL towards proteins with different physico­chemical properties and  hence their structural and functional alterations were studied. We found that N­

homocysteinylation has opposite consequences on acidic and basic proteins suggesting that pI  of the protein determines the extent of homocysteinylation, and the structural and functional  consequences due to homocysteinylation. Mechanistically, pI of protein determines the extent of N­homocysteinylation and the associated structural and functional alterations. The study  suggests the role of HTL primarily targeting acidic proteins in eliciting its toxicity that could  yield mechanistic insights for the associated neurodegeneration.

P10. Falk Hoffmann 

Institute of Complex Systems 6 Forschungszentrum Jülich Knowledge­based protein structure prediction

We use the basin­hopping approach to global optimization for protein structure prediction. The  basin­hopping approach is based on Monte Carlo with minimization and has already been  employed to find the global minimum of peptides. However, for larger peptides and proteins  the effective sampling of the high­dimensional conformational space has remained a challenge,  thus necessitating the development of a guided basin­hopping approach. One such approach is  to use NMR chemical shifts as structural restraints as they facilitate to determine near­native  structures with very high accuracy.

Furthermore, we implemented knowledge­based Monte Carlo moves which allow us to fold  proteins from their primary to their tertiary structure without any restraints. Additionally, we  also work on knowledge­based moves which are based on Ramachandran plots. We create a 

plot for every amino acid and change the dihedral angle at every move according to the  Ramachandran plot of the corresponding amino acid.

P11. Remy Colin

AG Sourjik Max Planck Institute for Terrestrial Microbiology

Phase Differential Microscopy, a new method for measuring chemotactic  fluxes

Recent developments in Fourier image analysis have significantly improved the statistics in  measuring the dynamics of microorganisms. We designed a new image analysis method which  allows the measurement of collective drifts, such as chemotactic drifts, with an unprecedented  resolution (down to a few thousandths of the bacterial swimming speed), using video 

microscopy. The method is based on analyzing the Fourier components of the images of the film (more precisely their phase – hence the technique’s name) and does not require to actually track  the cells, avoiding the errors specific to particle tracking. We applied this method to measuring  the chemotactic velocity of populations of E. coli in response to linear gradients of attractants.

The gradient is generated by connecting two large reservoirs with different attractant 

concentrations through a small channel. The motion of the bacteria is investigated in the center  of this channel, where a linear gradient of the chemical forms. We were able to resolve both the  linear and logarithmic gradient sensing regimes at respectively low and large concentrations of  attractant, consistently with previous works. We derive a prediction for the chemotactic flux  from the single­cell­level model for the chemotactic response, in excellent agreement with our  measurements.

P12. Olivia Stiehl

Experimental physics IUniversity of Bayreuth

Conformational fluctuations of DNA hairpin­loops: dissecting the multiple  impacts of macromolecular crowding

Biochemical reactions in crowded fluids differ strongly from those in dilute solutions. Both,  excluded volume interactions with surrounding macromolecules and an enhanced rebinding of  the reaction partners due to a crowding­induced viscoelasticity and

subdiffusion have been predicted to shift chemical equilibria towards the associate state.

Using fluorescence correlation spectroscopy and UV absorption, we tested the stochastic  opening and closing of single­stranded DNA hairpin­loops under crowded conditions. Our experiments reveal that crowding not only slows down the kinetics but also increases the  steady­state fraction of closed hairpins significantly [1].

Exploiting varying degrees of diffusion anomalies with the same crowder and similiar occupied volume fractions, we could dissect the differential contributions of macromolecular crowding: 

Excluded volume already leads to an enhanced fraction of closed hairpins but this effect is  strongly increased in crowded fluids that feature anomalous diffusion [2].

[1] O. Stiehl, K. Weidner­Hertrampf and M. Weiss: Kinetics of conformational fluctuations in  DNA hairpin­loops in crowded fluids. New J. Phys. 15 (2013) 113010.

[2] O. Stiehl, K. Weidner­Hertrampf and M. Weiss: Dissecting the multiple facets of 

macromolecular crowding on the diffusion and conformation of DNA hairpin­loops, submitted  (2014).

P13. Philipp Struntz

Experimental physics I  University of Bayreuth SPIM applications in organismal biology

Fluorescence imaging is a powerful tool for investigating the mechanisms of embryogenesis. 

However, common microscopy techniques like confocal imaging have the great disadvantage of high photobleaching which can interfere with the development of the embryo and hinder long­

term acquisitions of the sample due to signal loss and phototoxicity.

To overcome these limitations we have designed and constructed a fully automated single­

plane illumination microscope (SPIM) for imaging embryos of the nematode Caenorhabditis  elegans in the early stages of development [1]. The combination of rapid widefield detection  with optical sectioning and reduced bleaching allows long­term, three­dimensional in vivo  imaging with a high spatio­temporal resolution. Cell­movement and ­arrangment can be  observed by imaging GFP­labeled nuclei of the embryo while SPIM­FCS measurements 

quantify the dynamics of labeled molecules in the three­dimensional environment of the living  organism.

SPIM therefore provides several applications within one setup and hence is a powerful tool for  examining dynamics and pattern formation in organismal biology.

[1] Rolf Fickentscher, Philipp Struntz & Matthias Weiss: Mechanical cues in the early  embryogenesis of Caenorhabditis elegans. Biophys. J, 105:1805 – 1811 (2013)

P14. Rolf Fickentscher

Experimental physics I  University of Bayreuth

Mechanical cues during early embryogenesis of C. elegans

The impact of biochemical signaling on developmental processes has been studied intensively. 

To elucidate the role of mechanical cues during embryogenesis in the model organism 

Caenorhabditis elegans, we have used a custom­made light sheet microscope, which allowed  for three­dimensional long­term imaging of living organisms with high spatiotemporal 

resolution [1]. We have imaged and analyzed C. elegans embryos in which nuclei or the plasma  membrane were fluorescent. To obtain information on the migration of nuclei during early  embryogenesis, we developed a specifically adapted tracking algorithm. In addition, we 

extracted information about cell­volumes, shapes and cell arrangements via a new segmentation algorithm based on seeded region growing. Following cell divisions and migration in three  dimensions, we compared different individuals. Small deviations of cell trajectories indicated a  robust cellular arrangement process. A simple mechanical model revealed that early cell  organization is determined by the cells’ quest for a position with least repulsive interactions of  their environment. The model also predicts key features of the developing tissue in agreement  with experimental observations.

[1] R. Fickentscher, P. Struntz & M. Weiss: Mechanical cues in the early embryogenesis of  Caenorhabditis elegans. Biophys. J, 105:1805 – 1811 (2013)

P15. Nicholas Kurniawan

Biological Soft Matter     FOM Institute AMOLF 

Forces and restraints: a bottom­up approach to studying cell shape

Many important cellular functions, such as control of cell shape, mechanics, division, and  migration, are governed by the dynamics of the cytoskeleton and its interactions with the cell  membrane. To achieve this wide variety of functions, these interactions are highly regulated,  both spatially and temporally, by a host of molecular players, making it difficult to disentangle  the specific biochemical pathways. To address this problem, we have taken a bottom­up 

approach: an active, cross­linked cytoskeletal network in controlled confinements. We find that, 

in microchambers, myosin motors contract actin polymer networks to clusters with a scale­free  size distribution. The switch between local and global contraction is governed by network  percolation and restructuring by fascin cross­linkers. In cell­sized deformable liposomes,  addition of fascin results in bundling of actin filaments, which can dramatically deform 

liposomes and form filopodia­like protrusions. Myosin motors further induce a variety of active structural reorganizations of actin bundles. Anchoring of actin to the membrane led to the  formation of cortex­like structure on the inner surface of the membrane. These results provide  valuable insights into the interplay between active intracellular forces and environmental  confinement in determining cell shape.

P16. Masoud Abkenar

Institute of Complex Systems 2 Forschungszentrum Jülich

Phase separation of self­propelled rods with length bidispersity

The collective behavior of microswimmers has gained considerable attention in the recent years.

Examples of microswimmers span from biological cells to nanobots. Here, we propose a model  for self­propelled rods in two dimensions that interact with a physical interaction. We model  each rod by a number of beads to calculate the rod­rod interactions using a capped interaction  potential [1,2].

Polydispersity is inevitable in most experimental studies of microswimmers. For the first time,  we study the effect of geometric bidispersity in active rod suspensions, where the system is  composed of short and long rods [3]. Depending on the density and the lengths of each rod  species, we find a rich phenomenology for the bidisperse system: a disordered phase at low  densities, a segregated phase with clusters of only the long rods, a phase where both long and  short rods form giant clusters, and a "remixed" phase at very high densities. We also report on a phase where the presence of short rods imposes clustering of long rods in an otherwise 

homogeneous long­rod suspension.

[1] Yang et al., PRE 82, 031904 (2010).

[2] Abkenar et al., PRE 88, 062314 (2013).

[3] Abkenar et al., in preparation (2014).

P17. Daniel Kortzak

Institute of Complex Systems 4 Forschungszentrum Jülich Potassium binding to excitatory amino acid transporters

Excitatory amino acid transporters (EAATs) terminate glutamatergic synaptic transmission and  prevent extracellular glutamate concentrations from reaching neurotoxic levels. EAATs couple  the uptake of glutamate to the cotransport of three Na+ and one H+ and to the countertransport of one K+. They are not only secondary active transporters, but also anion­selective channels. 

The K+­dependent reactions are assumed to determine the rate of glutamate transport and  represent promising pharmacological targets to modify EAAT function in disease conditions.

Here we combine molecular dynamics simulations of a prokaryotic EAAT homologue and  patch­clamp recordings to resolve how K+ binds to mammalian EAATs.

Our simulations predict three distinct K+ binding sites, which we are currently validating  experimentally. We propose that K+ and one Na+ ion share one overlapping binding site and  that further, possibly transient, binding sites are responsible for K+­dependent glutamate  transport.

P18. Johnny Hendriks

Institute of Complex Systems 4 Forschungszentrum Jülich SMLM Imaging the cytoskeleton

The cytoskeleton is built from structural elements (fibers, tubules) on the order of 10nm in  width. As such it is an interesting subject of study for Single Molecule Localization Microscopy  (SMLM).

P19. Amudha Kumari Duraisamy

Institute of Complex Systems 3 Forschungszentrum Jülich

Local averaging of single particle cryo­electron microscopy data

Single particle cryo­EM is a powerful technique to study the structure of biomolecular 

assemblies that are often large, flexible and conformational heterogeneous. Most of the density  maps obtained from cryo­EM experiments are limited in resolution by this conformational 

heterogeneity. Improving the resolution of the density maps, thus, requires to account for the  structural heterogeneity. In principle, the resolution can be reached to the atomic level,

if the images of the structures are aligned accurately [1].

In the biological macromolecules, the conformational motions leads to global structural  changes, however there are often rather rigid domains. Those rigid domains could be used to  align and average the density to reach higher resolution. This is analogous to NCS averaging  used to improve the phase information in the field of X­Ray crystallography [2]. An algorithm is presented to average rigid domains and to improve the resolution of cryo­EM density maps.

[1] Henderson. R, Q. Rev. Biophys. 28 171­193 (1995).

[2] Kleywegt. G and Read. R, Structure 5 1557­1569 (1997).

P20. Michal H. Kolar

Institute of Neuroscience and Medicine Forschungszentrum Jülich

Structure and dynamics of HIV­1 TAR RNA complex with a small molecule

Trans­activating response element is a short non­coding viral RNA, which regulates 

transcription. Classical all­atom MD simulations of TAR­inhibitor complex are analyzed and  compared with NMR data.

P21. Stephan Opielok

FU Berlin

Elements and relations of a Life Theory (LT)

I propose a general theory about the evolving and nature of life. It seems to be based as a rule  on interaction between symmetry and asymmetry (~ stability and flexibility) for equilibration. 

In that kind of multidisciplinary research is these study more generalize, fundamental,  extended and interconnect to previous attempts to explain the question what is life.

Finally the data of this exploration show that nature of living systems is predictable by suitable  methods for measurement like e.g. spectroscopy and probability.

As a result, the way of life follow the principle of stationary friction by essential level of  sufficiency energy use.

Further informations under www.researchgate.com and google/author.

P22. Shatanik Mukherjee

Molecular Sensory Systems Forschungszentrum caesar Bonn

Structural dynamics of a cyclic nucleotide­binding domain during ligand  binding

Protein functions rely on protein motions. Protein structures, obtained with X­ray diffraction or  NMR, reveal mostly static pictures and do not directly reveal structure­function relations. To  connect structural changes of proteins with function, protein motions have to be analyzed in  real time.

I have analyzed an isolated bacterial cyclic nucleotide­binding domain (mlCNBD) to study the  dynamics of receptor­ligand complex formation. cAMP binds to mlCNBD, resulting in a  conformational change. Recent kinetic and NMR studies indicate that these structural  transitions follow the “induced­fit” mechanism. However, the detailed mechanism of these  structural rearrangements leading to channel activation remains elusive.

Transient Electron Paramagnetic Resonance (tr­EPR) spectroscopy was used to resolve the  dynamics of mlCNBD­cAMP complex formation. Cysteine residues were introduced at 

different sites in the protein to allow labeling with a paramagnetic reagent. Binding of cAMP to  the labeled mutants is rapidly initiated either via photolysis of a caged­cAMP or through a  micro­mixer. The tr­EPR data reveals that protein undergoes millisecond time scale motions. 

Collating data across the whole protein will enable us to reconstruct the steps from the apo to  the holo state of the protein, thereby, answering whether “induced­fit” mechanism follows a  concerted or sequential path from during conformational rearrangement.

P23. Hussein Hamzeh

Minerva Research Group Forschungszentrum caesar Bonn

Super­resolution microscopy provides insights into sea urchin sperm

Sea urchin sperm rely on chemotaxis to find their way to the egg cells of their own species  within the vast ocean. Stochastic Optical Reconstruction Microscopy (STORM) and Stimulated  Emission Depletion (STED) microscopy are employed to investigate the motility and 

distribution of proteins that are involved in the chemotactic signaling pathway. One of those  proteins is the membrane­bound guanylyl cyclase, which plays a key role in the chemotaxis of  the sea urchin Arbacia punctulata. Our analysis will provide invaluable insight into 

understanding chemotaxis at the molecular level.

P24. Dragomir Milovanovic

Department of Neurobiology Max Planck Institute for Biophysical Chemistry Length matters: hydrophobic mismatch sorts SNARE proteins into distinct  membrane domains

The clustering of proteins and lipids in distinct microdomains is emerging as an important  principle for the spatial patterning of biological membranes. Such domain formation can be the  result of hydrophobic and ionic interactions with membrane lipids as well as of specific protein­

protein interactions. Using plasma membrane­resident SNARE proteins as model, we now  show that cholesterol­induced hydrophobic mismatch between the transmembrane domains  and the membrane lipids not only suffices to induce clustering of proteins, but can also lead to  the segregation of structurally closely homologous membrane proteins in distinct membrane  domains. Domain formation is further fine­tuned by interactions with polyanionic 

phosphoinositides and proteins. Our findings demonstrate that the structural organization of  membranes is governed by a hierarchy of interactions with hydrophobic mismatch emerging as  one of the fundamental physical principles.

P25. Mitja Platen

3rd Institute of Physics  Georg August University Göttingen Forcing clathrin onto its knees

The assembly of triskelions (clathrin monomers) into a planar clathrin lattice is novel and  assumingly of high value for nanotechnological approaches. Hence, a thoroughly 

characterization of its properties is crucial.

In this study we are investigating the mechanics of and the triskelion orientation within these  2D lattices, using atomic force microscopy (AFM). Furthermore, we are identifying changes in  the clathrin lattice caused by the absence of its natural

occurring light chains. This, in addition, contributes to the discussion about the light chain’s  overall function, which might be the stabilization of the triskelion’s knee­joints.

P26. Sophie Schonauer

Minerva Research Group Forschungszentrum caesar Bonn

Investigating the cross­talk between GBA1 and GBA2 in Gaucher disease

The beta­glucosidases GBA1 and GBA2 both degrade glucosylceramide to glucose and 

ceramide. Mutations in the GBA1 gene cause Gaucher disease with different clinical subtypes in humans and mice. However, no genotype­phenotype correlation has been identified so far. Our  results reveal a cross­talk between GBA1 and GBA2 in patients suffering from Gaucher disease,  which might help in understanding the different phenotypes.

A cross­talk between GBA1 and GBA2 was analyzed in dermal fibroblasts from Gaucher  disease and control patients on an expression and activity level.

Quantitative real­time PCR experiments and Western blot analyses indicated that GBA2 mRNA  and protein levels were similar between control patients and patients carrying a mutation in  GBA1. Our fluorescence­based beta­glucosidase activity assay revealed that not only GBA1, but  also GBA2 activity was dramatically decreased in Gaucher disease patients. This effect could  partially be rescued by overexpressing hGBA1.

These results reveal a cross­talk between GBA1 and GBA2 on the activity level. Our findings  add a new aspect to the complex nature of Gaucher disease and present an emerging target for  its treatment.

P27. Donald Guu

Molecular Sensory Systems Forschungszentrum caesar Bonn

Intracellular Calcium fluctuations modulate directional migration of dendritic  cells

Actin cytoskeletal dynamics and cell polarization are essential requirements for directional  migration of dendritic cells (DCs) in the course of an efficient immune response. Pathogen  encounter induces DCs to upregulate their expression of costimulatory molecules and their  chemokine receptor CCR7 enabling them to migrate to draining lymphoid organs. Although  Calcium­signalling processes have long been known to play important roles in regulating cell  migration, in DCs the intracellular Calcium ­dynamics, their spatiotemporal coordination, and  their interplay and integration with other migratory signals remain largely unknown. By the  use of high­resolution video microscopy and a fluorogenic Calcium­sensitive dye we show that  the chemokines CCL19 and CCL21 both induce a strong increase in intracellular Calcium levels  of LPS­stimulated DCs in vitro. Interestingly, we found that DCs display intracellular Calcium­

oscillations which might be necessary to initiate directional migration and cell steering in a  chemokine gradient. Furthermore we observed, that chemotaxis of DCs in three­dimensional  collagen gels is strongly abrogated when intracellular Calcium levels were reduced by the use  of BAPTA­AM chelating agent. Although the underlying mechanism remains unidentified,  these data point to the fact that spatiotemporally coordinated calcium gradients are important  in orchestrating directional migration of DCs.

P28. Dmitry Denisov

Soft Matter group  University of Amsterdam

Simulation of transport through biological networks

The transport of organelles and proteins is of vital importance for living cells. Besides passive  transport by diffusion, active transport by molecular motors hopping over the cytoskeleton  network is crucial for the survival of cells. We performed simulations using the Totally  Assymetric Exlusion Process (TASEP), a paradigmatic model for nonequilibrium transport, to  model the dynamics along the microtubule network. We found that the rules at the intersection  of the network seem to be the key factor for the formation of traffic jams along the microtubule  segments. The rate at which motors at crossing continue along the same microtubule or switch  to the other microtubule appears to determine for the transport along the network. We found 

three different regimes of motor propagation through network depending on the average motor density. For example, for medium global densities the motor distribution through the network  can be highly inhomogeneous and lead to a huge reduction of the transport current through the  system, when larger part of the network will be in ‘virtual’ traffic jam.

P29. Daniel Miedema

Soft Matter group  University of Amsterdam

Dynamic properties of molecular motors moving along the cytoskeleton

We have developed an advanced analysis technique to extract quantitative motility parameters  from the image sequences of (TIRF) microcoscopy of in vitro motility assays in an automated  way.

P30. Miriam Menzel

Institute of Neuroscience and Medicine 1 Forschungszentrum Jülich

Simulation and modeling for the reconstruction of nerve fibers in the brain by  3d polarized light imaging

3D Polarized Light Imaging (3D­PLI) is a neuro­imaging technique that is able to reconstruct the three­dimensional pathways of nerve fibers in post­mortem brains at the micrometer scale. By  transmitting polarized light through histological brain sections in a polarimeter, the 

birefringence of the nerve fibers is measured, thus revealing their spatial orientation. To learn  more about the interaction of polarized light with brain tissue and to improve the fiber  reconstruction, two complementary

simulation approaches have been developed that simulate different fiber constellations and  compare the measured fiber orientations with the underlying fiber model.

The first simulation approach uses the Jones matrix calculus to simulate the intrinsic 

birefringence of the myelin sheaths which surround the nerve fibers. The fibers are generated in a 3D volume, discretized into small voxels, and transformed into a 3D vector field which  indicates the orientation of the optic axes in the birefringent myelin sheath; the fibers are  simulated with axial optic axes (macroscopic model) as well as radial optic axes (microscopic 

model). In order to compute a synthetic 3D­PLI image series, each myelin voxel is represented  by the Jones matrix of a rotated wave

retarder. The optical resolution of the polarimeter is simulated by applying blurring and  rescaling to the resulting image series. The simulation of different fiber constellations has  shown that the microscopic model transforms into the macroscopic model if the optical  resolution of the polarimeter exceeds the diameter of single fibers. Thus, for lower optical  resolutions, the fibers can be assumed to be uniaxially

birefringent with the optic axes pointing in direction of the fibers. Another simulation approach  uses a massively parallelized 3D Maxwell Solver to investigate other optical tissue properties. 

The fibers and the surrounding tissue are simulated as homogeneous isotropic materials with  different refractive indices. By discretizing Maxwell's equations on a spatial grid, the electric  field components of the

transmitted light are calculated. The simulation of different fiber constellations has shown that  the samples exhibit form birefringence and diattenuation, which reveals additional information  about the spatial orientation of the fibers. Furthermore, it is possible to distinguish between  different fibre constellations by the amount of scattered light. The presented simulation  methods are valuable tools to better understand the interaction of polarized light with brain  tissue and help to improve the reconstruction of the spatial fibre orientations by 3D­PLI. 

P31. Fenneke Klein Jan

Institute of Experimental Physics       Ulm University

Microrheology study of integrin dependent mechanical properties of  fibroblast cells

Physical forces are increasingly recognized as an important biological signal. The protein family of integrins are a key element in force sensing, functioning as a bidirectional force signalling  protein. They link the cytoskeleton and the extracellular matrix, giving the cells the opportunity  to respond to force by adapting the cytoskeletal filaments. However, how the different integrins cooperatively modulate the force response of the cytoskeleton is not understood.

To study the crosstalk between integrins avb3 and a5b1 we use mouse embryonic fibroblasts  that express only the single integrin or a combination of both. We focused on the local  mechanical properties of isolated cytoskeletal filaments using microrheology. Studying the  influence of these integrins under static and shear stress conditions, and the effect of distinct  substrate rigidity levels.

Results show that the avb3 integrin is responsible for reinforcing the network under shear stress conditions. Without this integrin (a5b1 fibroblasts) the network is less elastic with a decreased  elastic modulus under shear stress. While shear stress did not influence the elasticity of the  other cell types. The substrate rigidity did not affect the elasticity of the cell types a5b1 and  avb3a5b1.

P32. Christine Selhuber­Unkel

Biocompatible Nanomaterials University of Kiel

Investigating dynamic processes in pathogenic Acanthamoeba

Acanthamoeba castellanii is a human pathogenic parasite that is wide­spread in our water  reservoirs. It can, upon contact with the human eye, cause a severe keratitis. 90% of the patients  with this painful disease are contact lens users, who got infected due to wrong contact lens care.

Through small lesions of the outermost epithelial cell layer, the amoebae reach the cornea and  start to destroy target cells by an extracellular killing mechanism. A crucial first step during this killing process is the adhesion between an Acanthamoeba and a target cell. This initial contact is supposed to be mediated by carbohydrates. Subsequently, intracellular granules move towards  the contact site and release pore­forming molecules. These pore­forming molecules finally  destroy the membrane of target cells.

In our work we aim at understanding the biophysical processes involved in target­cell killing: 

we study the “killing kiss” between Acanthamoeba and target cells from their initial adhesion  to intracellular transport processes and to target cell death. In particular, studying intracellular  motion in Acanthamoeba is highly interesting, as Acanthamoebae are extremely motile, change  their shape, and show fast intracellular motion. The final goal of our studies is to receive a  comprehensive biophysical picture of Acanthamoeba pathogenicity.

P33. Michael Monkenbusch

Jülich Centre for Neutron Science 1 Forschungszentrum Jülich

Neutron spectroscopic observation of fast motions in ADH with and without 

NAD in aqueous solution

P34. Victor Heinrichs

Institute of Complex Systems 1/7 Forschungszentrum Jülich

Artificial tissue, ultra­soft elastomers for cell mechanical investigation

Cell morphology and protein expression are strongly influenced by the elasticity of cell 

environment. For investigation of cell mechanics, an elastic and biocompatible model substrate 

“artificial tissue” with precisely properties is required. Cross­linked polydimethylsiloxane is  frequently used (nontoxic, easy to handle and commercially available). However, a Young’s  modulus of 1 kPa (ultra­soft, necessary to model, e.g., brain or glial tissues) has not been  achieved so far.

P35. Benjamin Wolters

Institute of Complex Systems 7 Forschungszentrum Jülich

Understanding and controlling cellular networks: Multicellular in vitro  models for heart tissue

We have developed a simple accurate method for ECM protein patterning on soft silicone  substrates to generate muscle micro­tissues which can be analyzed regarding their physiological performance.

P36. Sung­Eun Choi

Institute of Complex Systems 7 Forschungszentrum Jülich

Positive charged lipid bilayer formation on gold for neuronal cell culture

We show that positive charged lipid is essential for bilayer formation on gold surface. This  charged surface is also useful for biomimetic neuronal cell culture environment.

P37. Anna Sieben

Institute of Complex Systems 4 Forschungszentrum Jülich

Monitoring dopaminergic signaling in the retina with genetically encoded  sensor proteins

Second messengers play a major role in light adaptation processes. Two of these second 

messengers are calcium (Ca2+) and cyclic adenosine monophosphate (cAMP) whose pathways  are known to be closely interrelated. Dopamine (DA), which is released from dopaminergic  amacrine cells upon light stimulation, was reported to influence the intracellular concentration  of both messengers. The intracellular cAMP concentration ([cAMP]i) is affected in two opposed  ways by DA: binding of DA to the D1 receptor family results in an increase in [cAMP]i, whereas the activation of the D2 receptor family causes a reduction in [cAMP]i. DA was also reported to  cause a change in the intracellular concentration of Ca2+.

Since DA is discussed as a main modulator in light adaptation processes, a better 

comprehension of the dopaminergic control of cAMP and Ca2+ homeostasis is mandatory.

P38. Tobias Braun

Institute of Complex Systems 7 Forschungszentrum Jülich A novel fusogenic drug delivery system

Liposomes based on neutral and cationic lipids combined with aromatic compounds are  introduced as novel drug delivery systems. Such liposomes fuse highly efficiently with the  cellular plasma membrane enabling the delivery of hydrophobic and amphipathic substances  into the cellular plasma membrane.

P39. Marianne Schulte

Institute of Complex Systems 6 Forschungszentrum Jülich

The antimicrobial peptide [KIGAKI]3 perturbs lipid membranes

The [KIGAKI]3 peptide is a designer antimicrobial peptide known to form amphiphilic  ­β strands on membrane surfaces. MD­simulations were carried out to investigate the interactions  between the peptide and different lipid bilayers at atomistic detail. Three 200 ns simulations