FOR 1279:  "Protein-based Photoswitches" as optogenetic tools

• Fachliche Zuordnung: Biologie
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 119438981

Das Ziel der Forschergruppe ist die Vertiefung des Verständnisses von direkt lichtaktivierten Ionenkanälen und Enzymen sowie die Bereitstellung neuer Werkzeuge für Neurowissenschaften und Zellbiologie (Optogenetik). Wir werden uns zunächst auf vier Proteintypen konzentrieren: Kanalrhodopsine (ChR), Photoaktivierte Zyklasen (PAC), einen blaulichtaktivierten Transkriptionsfaktor (Aureochrom) und einen Azobenzol-gekoppelten lichtaktivierbaren ionotropen Glutamatrezeptor (LiGluR).
Diese Modellproteine haben außergewöhnliche Eigenschaften, die es erlauben, sehr allgemeine Parameter eukaryontischer Zellen mit Licht zu modifizieren wie das Membranpotenzial (Hyper- oder Depolarisation), das Niveau zyklischer Nucleotide oder die Expression selbst gewählter Gene. Zur Produktion und molekularen Analyse dieser Proteine werden wir vielseitige Techniken einsetzen aus der Biochemie, Elektrophysiologie, Genetik, Organischen Chemie, Spektroskopie, Strukturbiologie, Theorie sowie Verhaltensstudien in tierischen Modellorganismen.
Basierend auf neuen strukturellen und funktionellen Erkenntnissen sowie theoretischen Betrachtungen werden die Proteine modifiziert und neue konstruiert, um verbesserte Eigenschaften bezüglich Absorption, Kinetik, Spezifität und Expression in Gastsystemen zu erreichen. Nach ersten Qualitätstests in Oocyten, HEK-Zellen, COS-Zellen und Hyppocampusneuronen werden die Proteine in Drosophila, C. elegans und Zebrafisch sowie mit Kooperationspartnern in Mäusen weiter charakterisiert.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen

Projekte

• Analysis and engineering of natural photoreceptors to Light-manipulate cyclic nucleotides, Ca2+ and membrane voltage in animal cells (Antragsteller Nagel, Georg )
• Central Coordination Project (Antragsteller Hegemann, Peter )
• Channelrhodopsin colour tuning (Antragsteller Elstner, Marcus ;  Hegemann, Peter )
• Characterization of biomodal light-switchable rhodopsins and tailoring for optogentic application (Antragsteller Hegemann, Peter )
• Developing and implementing novel light-switches in the nervous system of the nematode (Antragsteller Gottschalk, Alexander )
• Development of Light-Gated Ion Channels With Red-Shifted Action Spectra (Antragsteller Elstner, Marcus ;  Trauner, Dirk )
• Light-Regulated Sensor Histidine Kinases - Structure, Dynamics & Optogenetics (Antragsteller Möglich, Andreas )
• Optogenetic modulation of stress signaling - towards a new animal model for depression (Antragstellerin Ryu, Ph.D., Soojin )
• Signal transduction in LOV and BLUF blue light photoreceptors. (Antragstellerin Schlichting, Ilme )
• Spatio-temporal observation of structural changes in the optogenetic proteins halorhodopsin and YF1 (Antragstellerinnen / Antragsteller Heberle, Joachim ;  Schlesinger, Ramona )

• Sprecher: Professor Dr. Peter Hegemann