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From light-stimulated anion receptors to transmembrane carriers and pumps

Projektbeschreibung

Synthetische transmembrane lichtaktivierte Anionentransporter

Der Transport von Anionen durch die Zellmembran ist für viele biologische Prozesse von wesentlicher Bedeutung. Das EU-finanzierte Forschungsprogramm LIGHTPORT zielt darauf ab, ein synthetisches System mit Anionenrezeptoren zu entwickeln, deren Bindungseigenschaften durch Licht moduliert werden können, und sie als Transmembranträger zu nutzen, um den passiven Transport zu regulieren und den aktiven Transport zu induzieren. Zu den Zielen des Programms gehören die Entwicklung von Photoschaltern, die durch sichtbares Licht ausgelöst werden sowie von mechanisch ineinandergreifender Strukturen als photoschaltbare Wirte, die Anwendung dieser Strukturen für den lichtgesteuerten Transport und das lichtgetriebene Pumpen von Anionen durch Phospholipid-Doppelschichten. Das übergeordnete Ziel besteht darin, diese Arbeiten für eine lokalisierte pharmakologische Behandlung mit Licht zu nutzen, beispielsweise für die durch Licht herbeigeführte Beseitigung von Krebs- oder Bakterienzellen.

Ziel

The transport of anions across the cell membrane, which is mediated by transport proteins, is essential to many important biological processes. Dysregulation of this transport has been associated to various diseases and therefore, chemists endeavour to develop artificial receptors that mimic the function of natural transporters. Despite much progress over the last decade, the current artificial systems are mostly static, while proteins are able to change their activity dynamically in response to stimuli in the environment. To integrate such stimuli-controlled behavior in synthetic systems is a key contemporary challenge. In view of this, the goal of the proposed research program is to develop anion receptors in which the binding properties can be effectively modulated by light and to apply these receptors as transmembrane carriers and pumps, in order to regulate passive transport (i.e. down a concentration gradient) and to induce active transport (i.e. against a concentration gradient). This interdisciplinary program is divided into three work packages: WP1 aims at the development of structurally rigid and visible-light-actuated photoswitches and their use as platforms for constructing anion receptors; WP2 deals with the development of mechanically interlocked structures as photoswitchable anionic hosts; WP3 is directed at utilizing these receptors for light-gated transport and light-driven pumping of anions across phospholipid bilayers, whereas also an alternative dual-responsive anion channel will be prepared. Eventually, it is expected that this work will open a new route toward light-based localized pharmacological treatment, e.g. via light-triggered cancer or bacterial cell death. Furthermore, active transport systems, that are able to build up and maintain concentration gradients across membranes, could provide a completely new view on how to convert and store light (solar) energy.

Finanzierungsplan

ERC-STG - Starting Grant

Gastgebende Einrichtung

UNIVERSITEIT LEIDEN
Netto-EU-Beitrag
€ 1 499 461,00
Adresse
RAPENBURG 70
2311 EZ Leiden
Niederlande

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Region
West-Nederland Zuid-Holland Agglomeratie Leiden en Bollenstreek
Aktivitätstyp
Higher or Secondary Education Establishments
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Gesamtkosten
€ 1 499 461,00

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