Descripción del proyecto
Comprender las relaciones estructura-función de las rodopsinas biestables
Las rodopsinas biestables son receptores acoplados a la proteína G (GPCR) fotosensibles y que son responsables de la fotosensibilidad y la visión en los animales. También son una posible fuente de herramientas optogenéticas potentes que permiten el control bidireccional de cascadas de señalización intracelular influyentes en todos los organismos que usan luz. Sin embargo, se sabe poco de su biología y diseño con fines optogenéticos debido a la limitada comprensión de sus relaciones estructura-función. El proyecto financiado con fondos europeos SOL investigará la forma en que las características estructurales de estos importantes fotorreceptores determinan su biestabilidad, bicromaticidad, cinética y selectividad de la proteína G. El proyecto aplicará este conocimiento para una ingeniería racional hacia el ajuste del color y la selectividad de la proteína G para herramientas optogenéticas, e investigará las funciones fisiológicas. SOL producirá técnicas optogenéticas pioneras que permitirán definir las actividades de señalización de los GPCR.
Objetivo
Bistable rhodopsins are naturally photosensitive G-protein coupled receptors (GPCRs) that can be toggled between stable ON and OFF states using light. They are responsible for photosensitivity and vision across animals (including humans), and a potential source of powerful optogenetic tools enabling bidirectional control of influential intracellular signalling cascades across all body systems using light. Lack of understanding of structure-function relationships for these proteins curtails understanding of their biology and their engineering for optogenetic purposes.
PI Kleinlogel first demonstrated that chimeras between bistable rhodopsin and ligand GPRCs can be functionally active and provoke a strong physiological response when expressed in vivo. PI Schertler has extensive experience in the structural analysis of rhodopsins and has successfully solved the first structure of a recombinantly expressed bistable rhodopsin. PI Hegemann has longstanding experience in the spectroscopic characterisation and engineering of photoreceptor proteins and is one of the founding fathers of optogenetics. PI Lucas pioneered cellular systems suitable for analysing spectral properties and G protein selectivity and had a leading role in elucidating the physiological role of the bistable rhodopsin melanopsin.
Together, the team aims to understand how structural features of these influential photoreceptors define their bistability, bichromicity, kinetics, and G-protein selectivity (Objective 1). We will exploit this knowledge for rational engineering towards colour tuning and G protein selectivity for optogenetic tools (Objective 2) and to probe physiological functions (Objective 3). The result will be a decisive step towards a general theory of structure-function relationship in photoreceptors and will produce a new generation of powerful optogenetic tools enabling defined GPCR signalling activities in any cell type.
Ámbito científico
Programa(s)
Tema(s)
Régimen de financiación
ERC-SyG - Synergy grantInstitución de acogida
5232 Villigen Psi
Suiza