FG 1279/2: Farbanpassung von Kanalrhodopsinen (TP 08)

Im Laufe der letzten 3 Jahre haben wir die Chimäre von Kanalrhodopsinen (ChRs) aus Chlamydomonas (C1) und Volvox (V1) konstruiert, die langwellig verschobene Absorptionseigenschaften besitzen. Einige dieser C1V1-Kanäle zeigen im Vergleich zu etablierten ChR2 eine extrem gute Expression und Membranintegration in HEK-Zellen und hippocampalen Neuronen. Weitere molekulare Modifizierung hat zu Varianten mit Absorptionsmaxima zwischen 526 und 545 nm geführt, die sehr schön komplimetär zu den Kanalrhodopsin-2-Varianten mit Maxima bei 461 bis 492 nm passen. Im nun folgenden Projekt wollen wir nun das Spektrum der ChRs erweitern und einen spektalen Bereich von 400 nm bis jenseits 620 nm abdecken. Die weitere Optimierung basiert auf bereits existierenden sehr rot oder blau-verschobenen Varianten, auf theoretischen Berechungen, Homologiemodellierung, und auf der Anwendung von Retinalanaloga (synthetisiert von Dirk Trauner). Die Funktionalität wird durch elektrophysiologische und spektroskopische Methoden geprüft. Die Proteine werden weiter validiert in C.elegans (A.Gottschalk), zebrafish (S. Ryu), hippokampale Neuronen und mit unseren auswärtigen Kooperationspartnern in Nagetieren wie Maus und Ratte. Wir wollen auch Kanalrhodopsine mit Hydroxyretinalchromophoren für die Anwendung in Drosophila herstellen, und basierend auf fluoreszenten Retinalen werden wir versuchen, fluoreszierende Rhodopsine bereitzustellen, die als Spannungssensoren Anwendung finden könnten.