Sonnenlicht-versus-Mondlicht Reaktionen und molekulare Wechselwirkungen eines marinen Cryptochroms

• Antragstellerin: Professorin Dr. Eva Wolf
• Fachliche Zuordnung: Strukturbiologie ; Biochemie ; Biophysik
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 538823817

Viele marine Organismen synchronisieren ihre Fortpflanzung und sexuelle Reifung mit dem Mondzyklus. Dies geschieht durch einen inneren Kalender, der auch als zirkalunare Uhr oder zirkalunarer Oszillator bezeichnet wird. Der marine Borstenwurm Platynereis dumerilii (Pdu) besitzt ein lichtsensitives Cryptochrom (Cry) Protein, L-Cry, das Sonnen- und Mondlicht sowie verschiedene Mondphasen unterscheiden kann. Dies ermöglicht es den Meereswürmern, ihre Fortpflanzung über die zirkalunare Uhr mit dem Vollmond zu synchronisieren. Wir haben bereits gezeigt, dass L-Cry drei verschiedene molekulare Zustände mit unterschiedlichen biochemischen und funktionellen Eigenschaften einnehmen kann: 1. einen dimeren Dunkelzustand, der überwiegend im Zellkern vorliegt, und den lichtempfindlichen Kofaktor Flavin Adenin Dinukleotid (FAD) in vollständig oxidierter Form enthält, 2. einen monomeren lichtaktivierten Sonnenlichtzustand, der überwiegend im Zytoplasma vorliegt und das vollständig reduzierte anionische FAD°- Radikal enthält, und 3. einen halbreduzierten Mondlichtzustand, der überwiegend im Zellkern vorliegt. Im Rahmen dieses Projektes werden wir die molekularen Mechanismen, die den unterschiedlichen Reaktionen von L-Cry auf Sonnenlicht oder Mondlicht zugrunde liegen, weitergehend untersuchen. Dabei werden wir eine Kombination von protein-biochemischen, spektroskopischen, strukturellen und zellbiologischen Analysemethoden verwenden. Eines unserer Ziele ist, die molekulare Grundlage der außergewöhnlich hohen Lichtempfindlichkeit von L-Cry zu verstehen, die es dem L-Cry Protein ermöglicht, das sehr schwache Mondlicht zu detektieren. Außerdem wollen wir die molekulare Struktur des Mondlichtzustandes von L-Cry bestimmen, sowie Konformationsänderungen und Zwischenzustände untersuchen, die bei den Übergangen zwischen den Dunkel-, Mondlicht- und Sonnenlichtzuständen von L-Cry auftreten. Darüber hinaus werden wir die Grenzen der Lichtintensitätsbereiche ermitteln, bei denen entweder der Mondlicht- oder der Sonnenlichtzustand von L-Cry gebildet wird. Dies wird uns ermöglichen, den Einfluss von anthropogener artifizieller nächtlicher Lichtverschmutzung auf die Mondlicht Reaktionen von L-Cry und das zirkalunare Fortpflanzungsverhalten der Würmer besser vorhersagen zu können. Um Einblicke in die bislang völlig unbekannte molekulare Grundlage der zirkalunaren Uhr zu gewinnen, werden wir die von L-Cry ausgehenden Signalwege zum zirkularen Oszillator untersuchen. Dazu werden wir mittels Pulldown/Massenspektrometrie nach neuen Bindungspartnern von L-Cry suchen und diese anschließend molekular-mechanistisch und funktionell in vitro und in vivo charakterisieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen