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Decoding Structural Dynamics of Charge Transfer in Avian Cryptochromes by Time-Resolved Crystallography

Description du projet

L’adaptation structurelle des protéines dans les réactions de transfert de charge

Les protéines jouent un rôle essentiel dans le transfert de charge, qui est crucial pour des fonctions telles que la photosynthèse et la réparation de l’ADN. Malgré leur importance, nous ne savons que peu de choses sur la manière dont les protéines s’adaptent structurellement au cours de ces réactions de transfert de changement. Avec le soutien du programme Actions Marie Skłodowska-Curie, le projet CRY TRSX va concentrer ses recherches sur les cryptochromes, des protéines liées à la magnétoréception chez les oiseaux, pour explorer leurs changements structurels lors du transfert de charge. À l’aide de lasers à électrons libres et à rayons X, les chercheurs compareront deux cryptochromes, l’un provenant de rouges-gorges migrateurs et l’autre de pigeons non migrateurs. En étudiant leurs différences, l’équipe devrait contribuer à révéler comment les adaptations structurelles stabilisent les états de transfert de charge et permettent la détection magnétique. La recherche pourrait transformer la compréhension du transfert de charge et dévoiler comment l’évolution a optimisé les cryptochromes pour leurs fonctions biologiques uniques.

Objectif

Charge transfer is crucial in many biological processes, including photosynthesis, respiration, and DNA repair. While the kinetics of charge transfer are well studied, the associated protein structural dynamics that guide these reactions remain largely unexplored. This proposal aims to uncover, for the first time, the protein structural rearrangements that occur during charge transfer events, with a particular focus on avian cryptochromes involved in magnetoreception.
Our primary objective is to reveal the structural response of two cryptochromes during charge transfer events using cutting-edge time-resolved serial crystallography (SX) at X-ray free-electron lasers (XFEL) facilities. We intend to elucidate the structure and dynamics of the radical pair state in non-magnetoactive ClCRY4 from non-migratory pigeon (Columba livia) (Objective 1) and magnetoactive ErCRY4 from night-migratory European robin (Erithacus rubecula) (Objective 2). Through comparative analysis of the two samples, we aim to identify the structural adaptations that correlate with their differing biological responses to magnetic fields.
We hypothesize that highly directed structural rearrangements in proteins occur for stabilizing charge transfer states. This contrast current textbook knowledge. By focusing on radical pair states in cryptochromes, our comparative study between ErCRY4 and ClCRY4 will enable us to determine whether and how structural adaptations are aligned with their biological functions.
This research is poised to make a significant impact in charge transfer theory, and will provide the first structural basis to understand magnetosensing in crpytochromes. We anticipate establishing a new paradigm in which protein structural fluctuations actively drive charge transfer reactions, and may reveal evolutionary optimizations in how cryptchromes have facilitated this for optimization of their sensing functions.

Champ scientifique (EuroSciVoc)

Mots‑clés

Programme(s)

Thème(s)

Régime de financement

HORIZON-TMA-MSCA-PF-EF - HORIZON TMA MSCA Postdoctoral Fellowships - European Fellowships

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Appel à propositions

(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) HORIZON-MSCA-2024-PF-01

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Coordinateur

UPPSALA UNIVERSITET
Contribution nette de l'UE
€ 236 340,00
Adresse
VON KRAEMERS ALLE 4
751 05 Uppsala
Suède
Région
Östra Sverige Östra Mellansverige Uppsala län
Type d’activité
Higher or Secondary Education Establishments
Liens
Coût total
Aucune donnée