Infrarotdifferenz-Zellspektroskopie an Cryptochromen mit Millisekunden-Zeitauflösung und in humanen Zelllinien

• Antragsteller: Professor Dr. Tilman Kottke
• Fachliche Zuordnung: Biophysik
• Förderung: Förderung seit 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 397169013

Infrarot-Differenzspektroskopie an lebenden Zellen eröffnet neue Möglichkeiten, um Mechanismen von Rezeptoren in nahe-nativer Umgebung zu untersuchen. In der vorgehenden Förderphase haben wir einen Ansatz für Zellspektroskopie in Transmission und abgeschwächter Totalreflexion an löslichen Photorezeptoren in Bakterienzellen entwickelt. Hier werden wir die Methode weiterentwickeln und uns mit zellspektroskopischen Methoden auf Cryptochrome fokussieren, die als Blaulichtrezeptoren und zentrale Elemente der biologischen Uhr von Tieren und Pflanzen agieren. Wir werden in vitro und in Zellen überprüfen, ob eine konservierte Salzbrücke nahe dem Flavin-Kofaktor das Signal von der photochemischen Reaktion zur Antwort der Proteinhülle weiterleitet. Der lichtinduzierte Bruch dieser Salzbrücke könnte ein einheitlicher Mechanismus von Cryptochromen darstellen. Des Weiteren werden wir mit Zellspektroskopie die Kinetik der Dissoziation der C-terminalen Erweiterung auflösen. Zu diesem Zweck werden wir die zeitaufgelöste Infrarot-Zellspektroskopie mit einer Auflösung von Millisekunden für irreversible Systeme etablieren. Schließlich werden die Anwendung der Infrarot-Differenzspektroskopie auf humane Zelllinien erweitern. Cryptochrome lösen bei Belichtung eine Flüssig-Flüssig-Phasenseparation in optogenetischen Werkzeugen und vermutlich auch in der Natur aus. Wir werden diese Prozesse im Infrarotbereich in humanen Zelllinien unter nahe-nativen Bedingungen untersuchen, um die Bedingungen in Protein-Tröpfchen und die Photokörper-Bildung durch Cryptochrome besser zu verstehen. Zusammengefasst ist die Infrarot-Differenzspektroskopie eine moderne Technik, um native Rezeptormechanismen in lebenden Zellen zu erforschen. Wir werden die Anwendung dieser Methode auf humane Zelllinien als Expressionssystem mit medizinischer Relevanz erweitern und wollen zentrale Schritte im Mechanismus und der Kinetik der Signalwege innerhalb der Cryptochrome in Zellen aufdecken.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen