Zusammenspiel von Licht, Redoxpotential und Temperatur in Light-Oxygen-Voltage Rezeptoren

• Antragsteller: Professor Dr. Andreas Möglich
• Fachliche Zuordnung: Biochemie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 420423318

Sensorische Photorezeptoren ermöglichen Organismen Licht wahrzunehmen und dienen zudem als genetisch kodierbare Schalter in der Optogenetik zur präzisen Kontrolle zellulärer Physiologie durch Licht. Photorezeptoren der 'Light-Oxygen-Voltage' (LOV) Familie lösen nach Absorption von Blaulicht durch Flavinnucleotide einen kanonischen Photozyklus aus, in dessen Verlauf eine Thioetherbindung zwischen dem Flavinringsystem und einem strikt konservierten Cysteinrest ausgebildet wird. Fehlt dieses Cystein, zeigen LOV-Rezeptoren erhöhte Fluoreszenz und Bildung reaktiver Sauerstoff-Spezies (ROS); unerwarteterweise vermögen cysteinfreie LOV-Rezeptoren jedoch weiterhin nachgelagerte Signaltransduktion auszulösen durch blaulicht-vermittelte Ausbildung des neut-ralen Semichinon Radikals des Flavins. Vor diesem Hintergrund werden wir das Zusammenspiel verschiedener Eingabesignale (Licht, Temperatur und Redoxpotential) und Ausgabemodi (Fluores-zenz, Bildung von ROS, Signaltransduktion) aufklären. Spektroelektrochemische, biochemische und strukturelle Ansätze sind geeignet, die molekularen Faktoren zu bestimmen, die diese Abläufe bestimmen. Solche Einblicke erlauben wiederum den rationalen Bau verbesserter Rezeptoren mit optimierter Signalantwort und minimierten Nebenreaktionen. LOV-Rezeptoren können dadurch mit Empfindlichkeit für andere Signale außer Licht ausgestattet werden und auf diese Weise neuartige, genau kontrollierbare zellulare Schaltkreise gebaut werden. Das natürlich vorkommende Repertoire an Proteinen umfasst Einträge mit signifikanter Homologie zu LOV-Rezeptoren bei gleichzeitigem Fehlen von Resten, die normalerweise in diesen Photorezeptoren strikt konserviert sind. Die mechanistische Charakterisierung solcher mutmaßlichen Rezeptoren erbringt neue Einblicke in die vielseitigen Rollen von LOV-Rezeptoren in der Natur und befördert zudem die Konstruktion von verbesserten Rezeptoren, die auf Licht, Redoxpotential und/oder Temperatur ansprechen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen