FWF - PadC - Signaltransduktion in Phytochrom-Diguanylatzyklase Systemen

Projekt: Foschungsprojekt

Beschreibung

Im Laufe der Evolution hat die Natur eine beeindruckend modulare Architektur von gekoppelten Proteindomänen entwickelt. Unter Verwendung von Komponenten unterschiedlicher Funktionalitäten, wie zum Beispiel Sensordomänen von Umwelteinflüssen, Interaktionsmodulen oder Enzymen, konnten Organismen komplexe zelluläre Netzwerke aufbauen, die essentiell für deren Überleben sind. Die häufig beobachtete Verknüpfung von Sensormodul und enzymatischer Funktionalität ermöglicht etwa die direkte Kontrolle der zellulären Konzentration von wichtigen Signalbotenstoffen, die eine Anpassung der Organismen an wechselnde Umweltbedingungen ermöglichen.
In jüngster Zeit gerieten vor allem lichtregulierte Systeme in den Fokus der Wissenschaftler, da es vielfältige Anwendungsgebiete im Bereich der „Optogenetik“, einer Forschungsrichtung bei der genetisch modifizierte biologische Systeme mit Hilfe von Lichtsignalen gezielt beeinflusst werden, gibt. Allerdings sind die Anforderungen an lichtregulierbare Systeme komplexer als die Möglichkeiten die natürlich vorkommende Photorezeptoren im Laufe der Evolution entwickelt haben. Obwohl in den letzten Jahren wesentliche Fortschritte im Verständnis der Lichtaktivierung erzielt wurden, ist ein rationales Design künstlicher lichtregulierter Systeme noch immer eine Herausforderung. Speziell da sich mechanistische Beschreibungen der Signalweiterleitung sogar innerhalb gleicher Phororezeptordomänen unterscheiden, erscheint ein besseres Verständnis der Modularität von Sensor-Effektor Kombinationen erforderlich.
Das Projekt „Signaltransduktion in Phytochrom-Diguanylatzyklase Systemen“ zielt darauf ab molekulare Mechanismen der Lichtregulation in Rotlicht-kontrollierten Diguanylatzyklasen, die eine Rolle bei der Bildung eines wichtigen bakteriellen Signalbotenstoffes spielen, besser zu verstehen. Die Identifikation wichtiger struktureller Signalelemente sowie regulatorischer Elemente der Effektordomäne wird neue Einblicke in Prinzipien der modularen Kopplung von natürlich vorkommenden Sensor-Effektor Systemen ermöglichen. Um einen ganzheitlichen Einblick in diese Systeme zu erlangen verwenden wir einen interdisziplinären Ansatz, bei dem wir biochemische, biophysikalische und strukturbiologische Methoden miteinander kombinieren. So soll die Interpretation von Strukturmodellen aus dem Bereich der Kristallografie mit einer Charakterisierung der in Lösung vorkommenden dynamischen Prozesse erweitert werden. Dies soll detaillierte Einblicke in funktionell relevante Strukturelemente, sowohl im Rahmen der Lichtaktivierung als auch der Signalweiterleitung zum Effektor, ermöglichen.
Die Integration der Resultate von unterschiedlichen Sensor- Effektorkombinationen wird wesentlich zu einem besseren Verständnis der Signalweiterleitung zwischen den Domänen beitragen. In weiterer Folge ermöglicht dies neue Einblicke in die molekularen Regulationsmechanismen natürlich vorkommender modularer Systeme und gezieltere Ansätze im rationalen Design von künstlichen Sensor-Effektor Kombinationen, die im Bereich der Optogenetik Anwendung finden werden. Längerfristig könnten so neue Hilfsmittel für Wissenschaftler entstehen, die es ermöglichen werden biologische Fragestellungen zu behandeln, die gegenwärtig undenkbar sind.
StatusLaufend
Tatsächlicher Beginn/ -es Ende1/02/1931/01/23