Projektbeschreibung
Aufschluss über photoaktivierende Ereignisse bei energieflexiblen Bakterien
Zwar ist die Photosynthese ein gut erforschter Prozess, viele Detailfragen zu den komplexen Signaltransduktionswegen sind jedoch noch unbeantwortet. Noch komplexer sind diese bei „fakultativ“ photosynthetisierenden Organismen, bei denen die Photosynthese optional stattfindet – mit anderen Worten: Zum Überleben können sie ihre Energiequelle wechseln. Die Expression der Photosynthesegene beim fakultativ photosynthetisierenden Bakterium Rhodobacter sphaeroides wird sowohl durch die Sauerstoff- als auch durch die Lichtmenge reguliert. Seit mehr als zwei Jahrzehnten forscht die Wissenschaft an zwei Photorezeptorproteinen, AppA und CryB, die an dieser Regulation beteiligt sind. Es ist allerdings noch unklar, wie durch Licht verursachte Veränderungen in diesen Proteinen die nachgeschaltete Signalkaskade beeinflussen. Ziel des EU-finanzierten Projekts DynAppACry ist es, diese lichtinduzierten Ereignisse zu beleuchten. Dafür sollen hochtechnologische biochemische, rechnerische, spektroskopische und strukturelle Methoden zum Einsatz kommen. Mithilfe des so entstehenden zeitaufgelösten molekularen „Films“ kann dann untersucht werden, wie Licht zur nicht-invasiven Steuerung biologischer Prozesse eingesetzt werden kann.
Ziel
Photosynthetic organisms need to sense environmental light effectively in order to regulate cellular processes. AppA (Activation of Photopigment and PUC A protein) and CryB (cryptochrome B) are two flavin (FAD) containing photoreceptors found in the facultatively photosynthetic bacterium Rhodobacter sphaeroides and depending on the oxygen levels can regulate the expression of photosynthetic genes by light. Photoexcitation of AppA and CryB is accompanied by changes on their conformation and their affinity to partner binding proteins to initiate signaling transduction processes. The mechanisms by which AppA and CryB regulate downstream signaling events is not known. Thus there is substantial interest in capturing the conformational landscape that lead to the signaling state and in understanding how absorption of light by the flavin is coupled to these conformational changes. The aim of the project is to provide atomic level characterization of the photoactivation mechanism of AppA and structural information on the photocycle of CryB. To achieve our objectives, we will use a combination of biochemical methods, ultrafast transient absorption spectroscopy, QM/MM (hybrid quantum mechanics/molecular mechanisms) calculations and time-resolved structural methods. The latter include TR-serial crystallography (SX) at synchrotrons (SSX) and X-ray free electron lasers (SFX) and TR-solution scattering (small-angle, SAXS and wide-angle X-ray scattering, WAXS). Ultimately, this project will provide a molecular movie of the AppA that features the structural changes occurring upon blue-light illumination and significant information on the photocycle of CryB. The proposed research lies on the implementation of new instrumentation and novel approaches to advance our knowledge on how photoreceptors function in order to engineer novel systems that use light as a tool to achieve noninvasive control of biological processes with high spatiotemporal resolution.
Wissenschaftliches Gebiet
CORDIS klassifiziert Projekte mit EuroSciVoc, einer mehrsprachigen Taxonomie der Wissenschaftsbereiche, durch einen halbautomatischen Prozess, der auf Verfahren der Verarbeitung natürlicher Sprache beruht.
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