Light-Regulated Sensor Histidine Kinases - Structure, Dynamics & Optogenetics

• Antragsteller: Professor Dr. Andreas Möglich
• Fachliche Zuordnung: Biophysik
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 119438981

Signalrezeptoren bestehen aus Sensormodulen, die chemische oder physikalische Reize detektieren, und aus Effektormodulen, die eine biologische Aktivität besitzen. Die signalabhängige Modulation der biologischen Aktivität fußt auf Wechselwirkungen zwischen Sensor und Effektor; eine umfassende biochemische, biophysikalische und strukturelle Charakterisierung muß daher zwingend die Untersuchung intakter Sensor-Effektor Einheiten beinhalten. Unser Hauptaugenmerk liegt auf sensorischen Photorezeptoren, welche als lichtregulierte Aktuatoren die Grundlage der Disziplin Optogenetik erbringen. Durch Verwendung des künstlichen ‚light-oxygen-voltage (LOV)‘-Photorezeptors YF1 profitieren wir von der Struktur des dunkel-adaptierten Voll-Längen-Proteins, die wir unlängst bestimmt haben. Wir suchen die struturellen und dynamischen Übergänge, die der Signaltransduktion zugrunde liegen, und ihren Einfluß auf die Regulation der Effektoraktivität zu ergründen. Strukturelle Information über den licht-adaptierten Zustand und Reaktionsintermediate werden durch Röntgenkristallographie erbracht. Parallel werden wir dynamische Aspekte der Signaltransduktion durch eine Kombination funktionaler Studien, Elektronenspinresonanz, Infrarotspektroskopie und Wasserstoff-Deuterium-Austausch untersuchen. Geleitet von Molekulardynamik- Simulationen werden strukturelle und dynamische Daten vereinigt, um zu klären, wie Photosensor und Effektor interagieren und kommunizieren. Die in YF1 verwirklichten strukturellen und mechanistischen Prinzipien sind weit verbreitet bei diversen Signaltransduktionsproteinen. Daher trägt ein verbessertes Verständnis fundamentaler Aspekte der Signaltransduktion auch zum rationalen Design künstlicher Photorezeptoren und deren optogenetischer Anwendung bei.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 1279: "Protein-based Photoswitches" as optogenetic tools