Detailseite
Projekt
Anpassung der Wellenlängen- und G-Protein-Spezifität des bistabilen Melanopsins für die optogenetische Kontrolle von G-Protein Signalwegen.
Antragsteller
Professor Dr. Tobias Brügmann; Professor Dr. Klaus Gerwert; Professor Dr. Stefan Herlitze
Fachliche Zuordnung
Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
Biophysik
Strukturbiologie
Biophysik
Strukturbiologie
Förderung
Förderung von 2016 bis 2024
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 315212873
Unser Ziel ist es, optogenetische Werkzeuge herzustellen, die es erlauben, intrazelluläre G-Protein Signale, die durch Gi/o und Gs, aber im Besonderen über Gq/11 Signalwege angeschaltet werden. Als licht-aktivierbare G-Protein gekoppelten Rezeptoren (GPCR) werden wir Vertebraten-Melanopsin und Neuropsin verwenden, welche den Gq/11 und den Gi/o Weg in Neuronen, im Herzen und heterologen Expressionssystemen aktivieren. Zur Identifizierung von Aminosäurepositionen, die eine entscheidende Rolle für die Wellenlängenspezifität, die Bistabilität und die G-Proteinselektivität spielen, werden computerbasierte Modelle erstellt. Aminosäureaustausch an den identifizierten Positionen in Melanopsin und Neuropsin werden dann funktionell mit elektrophysiologischen und bildgebenden Methoden analysiert. Die neuen funktionellen Daten werden wiederum benutzt, um neue Strukturmodelle für Melanopsin und Neuropsin und die G Proteinselektivität zu entwickeln. Vertebraten-Melanopsin und Neuropsin sind bistabile Pigmente und eignen sich daher im Besonderen, um G-Proteinsignalwege in vivo repetitiv zu kontrollieren, gerade im Vergleich zu den bisher verwendeten Opsinen. Der Grund liegt darin, dass die von uns verwendeten Vertebraten-Melanopsin und Neuropsin mit zwei unterschiedlichen Wellenlängen an- und abgeschaltet werden können. Zudem kann ein G-Proteinsignal mit kurzen Lichtpulsen dauerhaft angeschaltet werden. Die neuen Werkzeuge können benutzt werden, um die gängigen G-Proteinrezeptorsignalwege zu kontrollieren, wie zum Beispiel Signalwege, die über Dopamin, Adreno, metabotropische Glutamat, Histamin oder Orexin-Rezeptoren angeschaltet werden. Wichtig hierbei ist, dass die Signalkinetik nicht verändert wird. Da wir uns seit langem für den molekularen Transmitter Serotonin interessieren, werden wir diese Werkzeuge spezifisch für die Kontrolle von G-Proteinsignalen in Serotoninrezeptordomänen in Neuronen herstellen. Unser langfristiges Ziel ist es, zwei G-Proteinsignalwege gleichzeitig, aber unabhängig voneinander über unterschiedliche Wellenlängen von Licht zu kontrollieren, um zu verstehen, wie G-Proteinsignale synergistisch und/oder unabhängig voneinander zelluläre Vorgänge und unser Verhalten kontrollieren. Um diese Versuche durchführen zu können, haben sich drei Arbeitsgruppen zusammengetan. Die Teams von Juniorprof. Brügmann und Prof. Herlitze haben eine langjährige Expertise in der Entwicklung und Benutzung von optogenetischen Sonden und das Team von Prof. Gerwert ist herausragend in dem Erstellen und der Analyse von Computermodellen von Proteinstrukturen.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
