Switchable rhodOpsins in Life sciences (SOL)


Bistabile Rhodopsine sind natürliche lichtempfindliche G-Protein-gekoppelte Rezeptoren (GPCR), die bei Tieren für Lichtempfindlichkeit und Sehen verantwortlich sind. Bistabile Rhodopsine sind aber gleichzeitig auch eine potenzielle Quelle für leistungsfähige optogenetische Methoden, da sie eine bidirektionale Steuerung einflussreicher Signalkaskaden in den Zellen in allen lichtnutzenden Körpersystemen ermöglichen. Doch noch weiß man wenig über ihre Biologie und die technologischen Veränderungsmöglichkeiten für optogenetische Zwecke, da die Zusammenhänge zwischen Struktur und Funktion bei ihnen bisher nur begrenzt erforscht wurden. Das EU-finanzierte Projekt SOL wird herausarbeiten, wie strukturelle Eigenschaften dieser einflussreichen Fotorezeptoren ihre Bistabilität, Zweifarbigkeit, Kinetik und G-Protein-Selektivität bestimmen. Die Erkenntnisse fließen dann im Rahmen des Projekts in ein fachlich fundiertes Engineering für Farbeinstellung und G-Protein-Selektivität bei optogenetischen Methoden ein. Außerdem werden anhand der Ergebnisse physiologische Funktionen untersucht. In SOL werden völlig neue optogenetische Techniken entstehen, die eine Definition von GPCR-Signalaktivitäten ermöglichen.


Deutsche Projektbeschreibung
Bistabile Rhodopsine sind natürliche lichtempfindliche G-Protein gekoppelte Rezeptoren (GPCRs), die mit Licht zwischen AN und AUS hin und her geschaltet werden können. Sie dienen als Photorezeptoren in Invertebraten und könnten zur bidirektionalen Kontrolle von Signalprozessen als Werkzeuge in der Optogenetik genutzt werden. Peter Hegemann (HU Berlin, Photobiophysik), Sonja Kleinlogel (Uni Bern, Optobiologie), Gebhard Schertler (ETH Zürich, Kristallograph) and Rob Lucas (Uni Manchester, Photobiologe) beabsichtigen, als Team die Struktur-Funktions-Prinzipien dieser Photorezeptoren-GPCR Chimären inklusive der Bistabilität, der Bichromie, der Kinetik und der G-Protein-Selektivität zu verstehen und für optogenetischen Anwendungen zu nutzen.

Englische Projektbeschreibung
Bistable rhodopsins are photosensitive G-protein coupled receptors (GPCRs) that can be toggled between stable ON and OFF states using light. They are responsible for photosensitivity and vision across animals and a potential source of powerful optogenetic tools enabling bidirectional control of influential intracellular signaling cascades across all body systems using light. PI Kleinlogel first demonstrated that chimeras between bistable rhodopsin and ligand GPRCs can be functionally active when expressed in vivo. PI Schertler has successfully solved the first structure of a recombinantly expressed bistable rhodopsin. PI Hegemann has longstanding experience in engineering of photoreceptor proteins and is one of the founding fathers of optogenetics. PI Lucas pioneered cellular systems suitable for analyzing spectral properties and G protein selectivity. The team aims to understand how structural features of these photore¬ceptors and their OptoGPCR derivatives define their bistability, bichromicity, kinetics, and G-protein selectivity to produce new powerful optogenetic tools.

Projektleitung
Hegemann, Peter Prof. Dr. (Details) (Experimentelle Biophysik)
Kleinlogel, Sonja Prof. Dr. phil. nat. Prof. Dr. (Universität Bern / Université de Berne)
Lucas, Robert Prof. Prof. BSc, PhD (The University of Manchester)
Schertler, Gebhard F. X. Prof. Dr. Prof. Dr. (Paul Scherrer Institut)

Mittelgeber
European Research Council (ERC) - Synergy Grant

Laufzeit
Projektstart: 09/2022
Projektende: 08/2028

Forschungsbereiche
Naturwissenschaften

Forschungsfelder
Optogenetik

Zuletzt aktualisiert 2024-15-04 um 17:39