TU und Med Uni Graz erforschen das Licht
Alle Lebewesen müssen in der Lage sein, Umwelteinflüsse wahrzunehmen und zu verarbeiten. Lichtimpulse spielen dabei eine wichtige Rolle, wie Andreas Winkler vom Institut für Biochemie der TU Graz schildert. Wahrgenommen werden sie mithilfe von speziell angepassten Strukturen, den Photorezeptoren. Indem sie mit Licht bestrahlt werden, können sie, wenn sie an bestimmte Enzyme gekoppelt sind, unterschiedliche Zellfunktionen auslösen und verschiedene biologische Vorgänge kontrollieren.
Grazer beschreiben Struktur eines Rezeptors
Dieses Vorbild macht sich die Optogenetik zunutze. Mit ihrer Hilfe wollen Wissenschafter künstlich verschiedenste Vorgänge in Zellen mit Licht anregen oder bestimmte Signalwege innerhalb von Zellen und Lebewesen steuern. Lichtaktivierbare Moleküle können dann als Schalter so designt werden, dass sie die Funktion bestimmter Gene oder Proteine blockieren oder anregen.
In ihrer jüngsten Arbeit präsentierten die Forscher der TU Graz und der Med-Uni Graz molekulare Details eines rotlicht-empfindlichen Rezeptors. Dieser Photorezeptor spielt eine Rolle bei der Produktion eines zentralen bakteriellen Botenstoffes. Die Grazer Forscher konnten erstmals die Struktur eines solchen Rezeptors im Zusammenwirken mit seinem enzymatischen Effektor beschreiben.
Forschung für besseres Verständnis
Besondere Bedeutung bei der lichtregulierten Steuerung biologischer Abläufe kommt demnach laut Winkler der Architektur und der Zusammensetzung jenes Verbindungsstückes zu, das den Rezeptor und Effektor miteinander verknüpft. Zur Charakterisierung des Systems haben die Forscher Methoden der Biochemie und Strukturbiologie kombiniert: „Mithilfe der Kombination aus Röntgenstrukturanalyse und der Methode des Wasserstoff-Deuterium-Austauschs, bei dem strukturelle Dynamik und Konformationsänderungen analysiert werden können, ist es uns gelungen, die funktionellen Eigenschaften dieses helikalen Koppelungselements besser zu verstehen“, schildert Winkler.
Es stellte sich heraus, dass durch die Belichtung des Sensors mit Rotlicht eine rotationsähnliche Veränderung der Doppelwendel im Verknüpfungsbereich ausgelöst wird. Das wirkt sich wiederum auf die enzymatische Aktivität des angrenzenden Effektors aus, fasst Winkler zusammen.