CyclOp: Protein erweitert Optogenetik-Baukasten

16. September 2015
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Wird das Protein CyclOp belichtet, wird der Botenstoff cGMP freigesetzt. Optogenetisch lässt sich so beobachten, welche Rolle cGMP in Sauerstoff-sensorischen Zellen spielt und wie natürliche Signale für diese Zellen in eine zelluläre Antwort umgesetzt werden.

Wissenschaftler der Universität Würzburg um Prof. Alexander Gottschalk haben den optogenetischen Baukasten jetzt um ein weiteres Werkzeug erweitert: Ein Protein aus dem aquatischen Pilz Blastocladiella emersonii.

Das vom dem im Wasser lebenden Schimmelpilz gebildete Protein CyclOp bildet bei Belichtung den Botenstoff cGMP. Dieser wichtige zelluläre Botenstoff ist am Sehprozess, an der Regulation des Blutdrucks, am induzierten Zelltod, aber auch an der Regulation der männlichen Erektion beteiligt. So führt das Präparat Viagra zu einem Anstieg des cGMP-Niveaus in den Zellen. Bringt man CyclOp in einen Organismus wie den Fadenwurm Caenorhabditis elegans ein, kann man Signalwege innerhalb der Zelle untersuchen.

Der optogenetisch modifizierte Fadenwurm C. elegans exprimiert in seinen Körperwandmuskeln das Protein CyclOp (rot) zusammen mit einem cGMP-aktivierten Ionenkanal (grün). © AK Gottschalk/Goethe-Universität

Der optogenetisch modifizierte Fadenwurm C. elegans exprimiert in seinen Körperwandmuskeln das Protein CyclOp (rot) zusammen mit einem cGMP-aktivierten Ionenkanal (grün). © AK Gottschalk/Goethe-Universität

„Das Licht-aktivierte Enzym CyclOp hat hervorragende molekulare Eigenschaften, die es als wertvolle Erweiterung des optogenetischen Werkzeugkastens für die Zell- und Neurobiologen qualifizieren“, erklärt Prof. Gottschalk vom Institut für Molekulare Zellbiologie und Neurobiochemie an der Goethe-Universität. Gemeinsam mit den Kollegen aus Würzburg hat seine Arbeitsgruppe das Protein in Sauerstoff-sensorische Zellen eingeschleust, um herauszufinden, welche Rolle der Botenstoff cGMP in diesen Zellen spielt. Dazu wird der durchsichtige Fadenwurm beleuchtet, sodass cGMP vermehrt ausgeschüttet wird. Die Zellen reagierten darauf, als ob sie einen Anstieg der Sauerstoffkonzentration detektiert hätten. Somit konnten sie mithilfe von CyclOp besser verstehen, wie das natürliche Signal für diese Zellen in eine zelluläre Antwort umgesetzt wird.

Originalpublikation:

Optogenetic manipulation of cGMP in cells and animals by the tightly light-regulated guanylyl-cyclase opsin CyclOp
Alexander Gottschalk et. al.; Nature Communications, doi: 10.1038/NCOMMS9046; 2015

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