Beitrag zur Aufklärung des molekularen Mechanismus von Ionenkanälen mittels neuartiger FTIR-spektroskopischer Methoden

• Antragsteller: Professor Dr. Joachim Heberle
• Fachliche Zuordnung: Biophysik ; Biologische und Biomimetische Chemie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 391665448

Ionenkanäle sind Transmembranproteine, die die Diffusion von Ionen durch einebiologische Membran ermöglichen. Deren Fehlfunktion kann eine Vielzahl von neurologischen Erkrankungen verursachen. Trotz der enormen Fortschritte hinsichtlichder Strukturbestimmung von Ionenkanälen ist der Mechanismus auf atomarer Ebene immer noch unverstanden. Wir wollen dazu einen biophysikalischen Beitrag liefern, in dem wir die Auswirkung eines angelegten Membranpotentials auf die Funktionalität vonMembranproteinen untersuchen. FTIR-Differenzspektroskopie ist eine sehr geeignete Technik, um Strukturänderungen von Membranproteinen bis auf das Niveau von einzelnen chemischen Bindungen aufzuklären. Wir konnten mittels oberflächenverstärkter IR-Spektroskopie nachweisen, wie ein angelegtes elektrisches Feld die funktionellen Strukturänderungen des Membranproteins Sensory Rhodopsin II beeinflusst – hier die Inhibierung eines entscheidenden Protonentransferschritts. Dieses wichtige Resultat beruhte auf der Zusammenarbeit zwischen dem deutschen Antragsteller (Joachim Heberle) und der chinesischen Antragstellerin (Xiue Jiang), die seinerzeit als Humboldt-Stipendiatin in der AG Heberle tätig war. Der vorliegende Forschungsantrag baut darauf auf, in dem bakterielle Homologe von tierischen Ionenkanälen untersucht werden sollen. Die Erweiterung von SEIRAS um zeitauflösendeTechniken wird es ermöglichen, die Dynamik der Kanalöffnung (sog. gating) in Gegenwart eines elektrischen Feldes zu verfolgen. In einem zweiten Teil sollen in einem neuartigen Ansatz Ionenkanäle mit Nanopartikeln verknüpft werden, um die Kanalfunktion durch Licht im Nah-Infrarotbereich zu variieren. Insgesamt soll das Projekt Beiträge zum molekularen Verständnis von neurologischen Prozessen liefern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: China
• Partnerorganisation: National Natural Science Foundation of China
• Kooperationspartnerin: Professorin Dr. Xiue Jiang