FG 1279: The photochromism of Channelrhodopsin-1 of Volvox carteri (VCHR) (TP 08)

Kanalrhodopsine (Channelrhodopsins, ChR) sind direkt lichtgesteuerte Ionenkanäle, die in der Natur der Orientierung von einzelligen Algen im Licht dienen. In der Neurophysiologie werden sie genutzt, um definierte Zellen in neuronalen Geweben oder ganzen Tieren gezielt zu depolarisieren (Optogenetik). Diese Methode eröffnet große Perspektiven zur spezifischen Anregung genau definierter Zelltypen im Gehirn und damit auch zur Analyse von Krankheitsursachen. Kürzlich ist es uns gelungen, Kanalrhodopsine funktionell zu exprimieren und spektroskopisch zu charakterisieren. ChR1 der Alge Volvox carteri zeigt ein 70 nm langwellig verschobenes Absorptionsmaximum (535 nm) im Vergleich zum bisher verwendeten ChR2 (?max: 465 nm). Im beantragten Projekt soll auf der Basis von theoretischen Überlegungen und spektroskopischen Untersuchungen an Volvox-ChR1 (VChR1) und Chlamydomonas ChR2 modifizierte Kanalrhodopsine hergestellt werden, deren Absorption sich über einen Wellenlängenbereich von 400 bis 600 nm erstreckt. Die funktionellen Proteine sollen mittels Elektrophysiologie und zeitaufgelöster Spektroskopie charakterisiert werden und schließlich eine differentielle Depolarisierung verschiedener Zelltypen in den Neurowissenschaften ermöglichen.