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Projekt
Optogenetische Kontrolle ortsspezifischer Proteolyse und Proteinstabilität
Antragsteller
Professor Dr. Lars-Oliver Essen; Dr. Christof Taxis
Fachliche Zuordnung
Zellbiologie
Biochemie
Strukturbiologie
Biochemie
Strukturbiologie
Förderung
Förderung von 2016 bis 2021
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 315354724
Die Regulation von Zellfunktionen durch optogenetische Schalter ist ein wichtiger experimenteller Baustein, nicht nur für die Grundlagenforschung in den Lebenswissenschaften sondern auch für die Biotechnologie. Ein potentielles, optogenetisches Werkzeug kann hierbei durch die Kontrolle der Menge eines bestimmten Proteins durch regulierte Proteolyse gegeben sein, wie er in eukaryotischen Zellen vornehmlich durch das Ubiquitin-Proteasomen System realisiert wird. Ein solches Werkzeug wurde von uns durch die Fusion eines sogenannten LOV Photorezeptors mit einer synthetischen Degradationssequenz entwickelt und ermöglicht es dadurch die Stabilität eines ausgesuchten Proteins mittels Licht zu kontrollieren. Davon ausgehend wollen wir neuartige und verbesserte Werkzeuge zur licht-gesteuerten Protein(de)stabilisierung entwickeln. Um unsere Ziele zu erreichen werden wir eine Kombination aus Struktur-basiertem Protein Engineering und den effizienten Selektionsmöglichkeiten in Hefe verwenden, um hoch-effiziente, funktionale Werkzeuge zu erhalten. Als Grundstruktur verwenden wir zum Einen das vorhandene photosensitive Degradationsmodul, um neue Proteinstabilitätsmodule zu erzeugen, die (1) Proteinstabilität im beleuchteten Zustand vermitteln, anstatt Proteindegradation zu induzieren und (2), die auf unterschiedliche Lichteigenschaften wie Wellenlänge, Intensität, Temperaturabhängigkeit des Lichtzustandes reagieren. Weiterhin werden wir unsere Expertise in der Regulation zellulärer Funktionen durch heterologen Einsatz der TEV Protease nutzen um (3) die Proteinintegrität durch lichtregulierte, ortsspezifische Proteolyse zu kontrollieren. Ein weiteres Ziel ist die Erzeugung (4) heterodimerisierender LOV Domänenpaare, um modulare, lichtkontrollierte Protein-Protein-Interaktion zu etablieren. Die geplanten optogenetischen Werkzeuge sind für die Kontrolle von biotechnologischen Prozessen in Hefe sowie für eine ganze Reihe von Applikationen in höheren Eukaryoten interessant. Dieses Projekt wird zu dem Schwerpunktprogramm SPP1926 -Next Generation Optogenetics: Tool Development & Application- durch die Zusammenführung unserer Expertise in Photobiochemie, Protein Engineering und Hefegenetik beitragen und hat die Entwicklung neuer optogenetischer Schalter zur Proteinstabilitätskontrolle zum Ziel. Die gleichzeitige Entwicklung und Charakterisierung von photorezeptorbasierten Schaltern hat eine über die bloße Herstellung neuer Werkzeuge hinausgehende Bedeutung, da Erkenntnisgewinne durch Untersuchungen von Struktur/Funktionszusammenhängen die Grundlage für die gezielte Weiterentwicklung von optogenetischen Schaltern bilden.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
