Charakterisierung der molekularen Schaltkreise zur Kontrolle der Aktivität pflanzlicher Cryptochrome

• Antragsteller: Professor Dr. Alfred Batschauer
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenphysiologie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 402688457

Die durch Cryptochrom (cry) Blaulichtrezeptoren kontrollierten physiologischen Prozesse sind gut untersucht und zahlreiche Komponenten in der nachfolgenden Signalkette identifiziert. Das Verständnis über die primären molekularen Mechanismen der Licht-induzierte Aktivierung von Cryptochromen ist jedoch sehr begrenzt. Vor kürzerer Zeit wurde bekannt, dass pflanzliche Cryptochrome Nukleotide wie ATP binden. Dies führt zu einer beschleunigten Bildung des Signalzustandes und stabilisiert das Protein durch induzierte Strukturänderungen. Die Beobachtung, dass eine cry1 Mutante (cry1L407F), die dem ATP-gebundenen Zustand von cry1 ähnelt, konstitutiv aktiv ist, unterstützt die Schlussfolgerung, dass ATP die Aktivität von cry erhöht. Der gegenläufige Prozess, die Inaktivierung von Cryptochrom, ist gleichermaßen nicht voll verstanden. Es wurde postuliert, dass die Oxidation des semireduzierten Zustandes des FAD Chromophors in cry durch molekularen Sauerstoff der initiale Prozess in der Inaktivierung ist. Kürzlich publizierte Daten zeigen aber, dass pflanzliche Cryptochrome Licht-induziert dimerisieren, dass nur das Dimer aktiv ist und die Dimerisierung durch Proteine, die als Blue light Inhibitors of Cryptochrome (BIC) bezeichnet werden, unterdrückt wird. Wir postulieren einen regulatorischen Schaltkreis zur Kontrolle der Cryptochrom Aktivität durch Bindung von Nukleotiden und BICs an Cryptochrom. Dieses Modell soll in vitro mit rekombinanten Proteinen von Wildtyp cry, cry1L407F und BICs überprüft werden, um zu sehen, wie Licht, ATP und BICs die Dimerisierung von Cryptochromen kontrollieren. Ein mechanistisches Verständnis der Funktion von BICs wird durch unseren Befund erleichtert, dass diese Proteine Eisen binden. Mit HDX Massenspektrometrie und gegebenenfalls Röntgenstrukturanalyse sollen strukturelle Veränderungen in cry1 analysiert werden, die durch ATP, Licht und BICs induziert werden. Die in vitro Daten sollen in planta validiert werden, indem die bereits von uns konstruierten cry1 und cry2 Mutanten Proteine, die kein ATP mehr binden, in Arabidopsis exprimiert und deren biologische Aktivitäten analysiert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen