EXC 2049/2: Verbesserung von Channelrhodopsinen für neuronale Anwendungen durch Einzelkanalaufzeichnung, MD-Simulation und Molekulartechnik

Während der beiden vorangegangenen Neurocure-Förderperioden haben wir eine Reihe von Kanalrhodopsinen intensiv charakterisiert, konstruiert und modifiziert und K-selektive (WiCHR), Ca-selektive (CapChR) und rotlichtempfindliche Channelrhodopsine (CsChrimson und raACR) sowie dualfunktionale Channelrhodopsin-Tandems (BIPOLES) mit einem breiten Anwendungsspektrum innerhalb der Neurocure-Community bereitgestellt (AG Jentsch, Larkum, Mikhaylova, Owald, Plested, Schmitz). Die Einzelkanalleitfähigkeit und die Ein- und Ausschaltkinetik der Gates während des leitenden Zustands blieben jedoch unklar. Kürzlich konnten in enger Zusammenarbeit mit Klaus Benndorf (Jena) die Einzelkanalleitfähigkeiten und die Ein-/Ausschaltkinetik der K-selektiven Channelrhodopsine HcKCR und WiChR (links) überwacht und charakterisiert werden. Beide zeigen zwei Hauptleitungszustände mit variablen Zwischenzuständen in unterschiedlichem Ausmaß, abhängig von der Membranspannung.
Im Rahmen des nächsten Neurocure-Forschungsprogramms werden wir die Leitfähigkeiten, Selektivitäten und Kinetiken verschiedener Cryptophyte-Channelrhodopsine weiter analysieren, um die grundlegenden Gating- und Selektivitätseigenschaften zu verstehen.