Phytochrom von Fotochemie zum Signal: MAS-NMR-Studien der Struktur/Funktionsbeziehungen von Cph1 bei atomarer Auflösung

• Antragsteller: Professor Jonathan Hughes, Ph.D.; Dr. Chen Song
• Fachliche Zuordnung: Biophysik ; Analytische Chemie ; Strukturbiologie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 417685888

Pflanzliche Phytochrome sind rot-/dunkelrot-photochrome Biliprotein-Photorezeptoren, die hauptsächlich als übergeordnete Regulatoren der Transkription fungieren und dadurch lichtabhängige Entwicklungsprozesse über den gesamten Pflanzenlebenszyklus von Keimung zur Blühinduktion schalten. Wie das Phytochrom-Molekül selbst tatsächlich funktioniert, ist jedoch weitgehend unklar. Das cyanobakterielle Phytochrom Cph1 zeigt besonders starke Ähnlichkeiten mit Pflanzenphytochromen und stellt somit ein sehr geeignetes Modell für Untersuchungen der molekularen Funktion von Phytochrom dar. Cph1 ist jedoch auch eine durch Photonen regulierte Histidinkinase, deren funktioneller Mechanismus zu dem von "Zwei-Komponenten"-Sensorkinasen gehört - einschließlich derjenigen von medizinisch relavanten Pathogenen. In diesem Projekt werden wir "magic angle spinning"-NMR-Methoden entwickeln und anwenden, um sowohl die atomare Umgebung zu identifizieren als auch sehr genaue interatomare Abstände innerhalb von Cph1 zu messen. Ergänzend zu den umfangreichen, aber weitgehend statischen Strukturinformationen aus der Röntgenkristallographie werden wir detaillierte Bilder der funktionellen Dynamik in den stabilen Zuständen sowie den Photointermediaten des Cph1 über weite Zeitbereiche erstellen. Durch zielgerichtete Mutagenese werden wir auch das Molekül experimentell manipulieren können. Wir werden uns auf jene Regionen konzentrieren, die für den intramolekularen Signalprozess entscheidend sind, nämlich die Umgebung des Chromophor-D-Rings und die Zungenregion der PHY-Domäne. Wir wollen zudem 31P MAS-NMR nutzen, um die katalytische ATP-Bindungsdomäne und ihr Histidin-Target zu untersuchen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen