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

Descrizione del progetto

Come le proteine si adattano strutturalmente nelle reazioni di trasferimento di carica

Le proteine svolgono un ruolo fondamentale nel trasferimento di carica, cruciale per funzioni quali la fotosintesi e la riparazione del DNA. Nonostante la loro importanza, si sa ancora poco su come le proteine si adattino strutturalmente durante queste reazioni di trasferimento di cambiamento. Con il sostegno del programma di azioni Marie Skłodowska-Curie, il progetto CRY TRSX si concentrerà sui criptocromi, proteine legate alla magnetorecezione negli uccelli, per studiarne i cambiamenti strutturali durante il trasferimento di carica. Utilizzando laser a elettroni liberi a raggi X, i ricercatori confronteranno due criptocromi: uno proveniente da pettirossi migratori e un altro da piccioni non migratori. Studiando le loro differenze, il team dovrebbe contribuire a scoprire in che modo gli adattamenti strutturali stabilizzano gli stati di trasferimento di carica e consentono il rilevamento magnetico. La ricerca proposta potrebbe trasformare la comprensione del trasferimento di carica e rivelare come l’evoluzione abbia ottimizzato i criptocromi per le loro funzioni biologiche uniche.

Obiettivo

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.

Campo scientifico (EuroSciVoc)

Parole chiave

Programma(i)

Argomento(i)

Meccanismo di finanziamento

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

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Invito a presentare proposte

(si apre in una nuova finestra) HORIZON-MSCA-2024-PF-01

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Coordinatore

UPPSALA UNIVERSITET
Contributo netto dell'UE
€ 236 340,00
Indirizzo
VON KRAEMERS ALLE 4
751 05 Uppsala
Svezia
Regione
Östra Sverige Östra Mellansverige Uppsala län
Tipo di attività
Higher or Secondary Education Establishments
Collegamenti
Costo totale
Nessun dato