ERA-Net: Verbundprojekt: Identifizierung und Entwicklung neuer Moleküle für die Optogenetik, basierend auf lichtgetriebenen Ionenpumen und lichtgesteuerten Ionenkanälen; Teilvorhaben: Charakterisierung der Ionenselektivität (NEWOPTOGENTOOLS)

Optogenetik beschreibt eine wichtige, neuere Methodik in der Biologie. Die wichtigsten Werkzeuge auf dem Gebiet der Optogenetik sind lichtgetriebene, retinalbindende Membranproteine (Rhodopsine), deren Weiterentwicklung im Zentrum des Antrages steht. Ausgehend von der von uns untersuchten Natriumpumpe KR2 und einer Mutante mit erhöhter Kaliumselektivität wollen wir diesen Ansatz weiterverfolgen und auf neue, dem KR2 verwandte Rhodopsine anwenden. Ziel ist die Identifikation und Charakterisierung neuer lichtgesteuerter Moleküle mit spezifischen Eigenschaften hinsichtlich ihrer Transporteigenschaften oder spektralen Sensitivität. Dies könnten Kanäle oder Transporter mit einer hohen Ionenselektivität und Leitfähigkeit sein wie z.B. eine nach außen gerichtete Kaliumpumpe. Kalium vermittelt natürlicherweise eine Re- und Hyperpolarisation in Neuronen. Ein Erfolg bei der Identifikation neuer lichtgetriebener Proteine mit definierten Eigenschaften hängt in kritischer Weise von der Effizienz der Screening-Methoden ab und von der eingehenden Bewertung der funktionalen Aktivität. Für die Evaluierung möglicher neuer Rhodopsinvarianten ist die Bestimmung deren Transportaktivität für bestimmte Ionen in rekonstituierten und zellulären Systemen unerlässlich. Wichtige funktionale Daten werden hier von elektrischen Aufnahmen an "Black Lipid Membranen" (BLM) erhalten. Die BLM Messungen stellen ein sehr sensibles Vorgehen zum Testen von Transportaktivität unter definierten Konditionen dar. Interessante Kandidaten werden auf ihre Aktivität in zellulären Systemen getestet. Hier kommen weitere elektrophysiologische Techniken zum Einsatz, die die Perfomance der Rhodopsine unter kontrollierten Membranspannungen aufzeigen. Geeignete Kandidaten werden anschließend in Neuronen getestet.