Opis projektu
Zrozumieć relację struktura–funkcja bistabilnych rodopsyn
Bistabilne rodopsyny to naturalnie fotoczułe receptory sprzężone z białkami G (GPCR) odpowiadające za światłoczułość i widzenie u zwierząt. Potencjalnie stanowią one również cenne narzędzia optogenetyczne umożliwiające dwukierunkową kontrolę istotnych wewnątrzkomórkowych kaskad sygnalizacyjnych we wszystkich systemach organizmu wykorzystujących światło. Jednak wiedza na temat ich biologii i ich inżynierii, która mogłaby znaleźć zastosowanie w optogenetyce, jest ograniczona przez niedostateczne zrozumienie ich relacji struktura–funkcja. W związku z tym zespół finansowanego przez UE projektu SOL zbada, jak charakterystyka strukturalna tych ważnych fotoreceptorów wpływa między innymi na ich bistabilność, kinetykę i selektywność białek G, a uzyskana wiedza posłuży do rozwoju możliwości narzędzi optogenetycznych w zakresie dostrajania kolorów i selektywności białek G oraz do badania funkcji fizjologicznych. Naukowcy opracują pionierskie techniki optogenetyczne umożliwiające określenie aktywności sygnalizacyjnych GPCR.
Cel
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.
Dziedzina nauki
Program(-y)
Temat(-y)
System finansowania
ERC-SyG - Synergy grantInstytucja przyjmująca
5232 Villigen Psi
Szwajcaria