Cryptochrome: Lichtinduzierte, Flavin- und Folat-abhängige Elektronentransfer geschaltete Signal-Proteine
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Projekt verfolgte das Ziei, durch den Einbau chemisch modifizierter Flavinanaloge in Cryptochrom UV-A/Blaulichtrezeptoren deren spektrale und Redoxeigenschaften zu verändern. Hierfür wurden zwei Strategien verfolgt: Im ersten Teilprojekt wurde an zu Cryptochrom verwandter DNA-Photolyase (Klasse I CPD-Photolyase von Thermus thermophilus) der Nachweis geführt, dass neben den bereits bekannten Antennenchromophoren MTHF und 8-HDF auch FMN als funktionale Antenne fungiert. Der Bindemodus für FMN wurde strukturell aufgeklärt. Ferner ist es gelungen, andere natürliche (8-HDF) sowie chemisch synthetisierte und unnatürliche Chromophore (8-lodoflavin) in die Antennenchromophorbindetasche der Thermus Photolyase einzubauen, diese Holoenzyme zu kristallisieren und deren Strukturen zu lösen. Somit zeigen diese Arbeiten, dass DNA-Photolyasen und zukünftig auch Cryptochrom Photorezeptoren sich hervorragend als chemischbiologische Hybridverbindungen eignen und in ihren spektralen Eigenschaften und Wirkungsspektren verändert werden können. Zu Beginn der in diesem Projekt geförderten Untersuchungen war nicht bekannt, in welchem Redoxzustand der Flavin-Kofaktor der Cryptochrome im signaling state vorliegt. Um diese Frage zu klären, wurde Arabidopsis Cryptochrom 2 in Insektenzellen exprimiert, aufgereinigt und spektroskopisch analysiert. Die Ergebnisse dieser und weiterer an Arabidopsis cry1 durchgeführter Untersuchungen zeigen, dass im Gegensatz zu DNA-Photolyasen bei Lichtanregung die Cryptochrome semireduziertes FAD akkumulieren. Durch in vivo Untersuchungen wurde dieser Redoxzustand der Cryptochrome als signaling state identifiziert.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2006). Natural and non-natural chromophores in the DNA photolyase from Thermus thermophilus. ChemBioChem. 7, 1798-1806
Klar T., Kaiser G., Hennecke U., Carell T., Batschauer A., Essen L.-O.
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(2007). The signaling state of Arabidopsis cryptochrome 2 contains flavin semiquinone. J. Biol. Chem., 282, 14916-14922
Banerjee R., Schleicher E., Meier S., Munoz Viana R., Pokorny, R., Ahmad M., Bittl R., Batschauer A.
