Analyse der ultraschnellen Energietransferprozesse in Cryptochromen mittels zeitaufgelöster zweidimensionaler Spektroskopietechniken

• Antragstellerin: Dr. Sabine Oldemeyer
• Fachliche Zuordnung: Biophysik
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 390140615

Cryptochrome sind in allen Lebensbereichen verbreitete Flavoproteine, die in Insekten als Magnetorezeptoren fungieren und in Pflanzen als Blaulichtrezeptoren die Synchronisation der biologischen Uhr steuern. Evolutionär sind sie mit DNA-reparierenden Photolyasen verwandt, verfügen jedoch im Gegensatz zu diesen nur selten neben dem für die Lichtreaktion verantwortlichen Chromophor Flavin (FAD) über ein zusätzliches Lichtsammelmolekül, den sog. Antennenchromophor. In Photolyasen wurde der Prozess des Energietransfers der vom Antennenchromophor absorbierten Lichtenergie auf das FAD bereits eingehend untersucht. Im Gegensatz dazu ist über die Funktion und die Eigenschaften der Antennenchromophore in Cryptochromen nur wenig bekannt. Ziel des geplanten Forschungsprojekts ist es daher, Unterschiede und Gemeinsamkeiten der ultraschnellen Energietransferprozesse verschiedener Antennenchromophore in verschiedenen Cryptochromen zu analysieren und ihre funktionelle Relevanz aufzuklären. Das tier-ähnliche Cryptochrom aCRY aus der Grünalge Chlamydomonas reinhardtii ist das einzige bekannte Cryptochrom, welches neben einer Sensitivität für blaues Licht auch eine Reaktion auf gelbes und rotes Licht zeigt. Bisher wurde für die Analyse der Rotlichtreaktion von aCRY ausschließlich Protein verwendet, welches lediglich über FAD als Chromophor verfügte. Es konnte jedoch gezeigt werden, dass aCRY auch den Antennenchromophor 8-Hydroxydeazaflavin (8-HDF) bindet. In dem geplanten Forschungsprojekt würde ich aCRY, welches beide Chromophore gebunden hat, mittels ultraschneller zweidimensionaler UV/vis-Spektroskopie analysieren, um die Charakteristika und Dynamiken des Energietransfers zwischen den Chromophoren aufzuklären. Darüber hinaus würde die Anwendung von ultraschneller zweidimensionaler UV/vis-Schwingungsspektroskopie wichtige Hinweise auf die Relevanz der Bindung des Antennenchromophors für die Photoreaktion auf einer strukturellen Ebene sowie für die generelle Funktion des Proteins liefern. Als Vergleichssystem wird das DASH-Cryptochrom CRY-DASH1 aus der Grünalge Chlamydomonas reinhardtii in die Analyse mit einbezogen. CRY-DASH1 bindet im Unterschied zu aCRY neben FAD den Antennenchromophor 5,10-Methenyltetrahydrofolat (MTHF). Die Studien an CRY-DASH1 mit zweidimensionaler UV/vis-Spektroskopie würden Erkenntnisse über Unterschiede und Gemeinsamkeiten der Energietransferprozesse von 8-HDF und MTHF liefern. Die Analyse von CRY-DASH1 mit zweidimensionaler UV/vis-Schwingungsspektroskopie bietet darüber hinaus die Möglichkeit, lichtinduzierte strukturelle Änderungen in CRY-DASH1 mit dem in aCRY beobachteten Belichtungsverhalten zu vergleichen. Die vorgeschlagenen Experimente könnten somit einen wichtigen Beitrag zur Aufklärung der bisher kaum untersuchten Relevanz verschiedener Antennenchromophore für verschiedene Cryptochrome leisten.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Graham R. Fleming