Vom Meeresleuchten zur Optogenetik

H. Scheer

26.2.14

Google Earth

Nordostküste von

Australien mit dem

Großen Barriere-Riff

Google Earth

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Wikipedia

Wikipedia

Clavelina moluccensis

(Manteltiere)

Wikipedia

Wikipedia

Chironex fleckeri

Seewespe

(Kastenqualle)

Shimomura Nobelvortrag, 2006

Cypridina hingendorfii

(Krebs)

Osamu Shimomura, Nobelvortrag, 2006 http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2008/shimomura_lecture.pdf

Luziferin (Lin)Luziferase (Lase)Sauerstoff (O2)

Lin:Lase Linox* Linox

Licht

Lin + Lase

O2

Aequorea victoria

angeleuchtet

Nobelvortrag Shimomura

Aequorea victoria

Grünes Eigenlicht

Nobelvortrag Shimomura

Nobelvortrag Shimomura

Aequorea victoria

Eigenlicht

Nobelvortrag Shimomura

Blaue Lumineszenz von Aequorin

in Ackerschmalwand nach Zugabe von Calcium

Aequorea victoria

Grünes Eigenlicht

Nobelvortrag Shimomura

Disco-Farben

Anregung UV

Disco-Farben

Abstrahlung Blau

Grün-fluoreszierendes Protein

Anregung Blau (Aequorin)

Grün-fluoreszierendes Protein

Abstrahlung Grün

Nobelvortrag Shimomura

Grün Fluoreszierendes Protein (GFP)

- Wandelt blaues Licht von Aequorin in grünes Licht

- Nebenprodukt bei der Aequorin Isolierung 1961

- Über 18 Jahre akkumuliert,1979 > 100 mg

- Chromophor ist Teil des Proteins

- Danach Verschwinden der Tiere in Friday Harbour, Washington State

- 1992 cloniert und in E. coli produziert

- 1994

Ziel-Gen Ziel-Gen GFP-Gen

Markierung eines Proteins durch

einen gebundenen Farbstoff ein fluoreszierendes Protein

Grün leuchtende Maus

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/projects/genome/guide/img/GreenMouseAdult.gif

Zahl der GFP-

Publikationen

Wikipedia

Wikipedia

Mikroskopie eines Zellkerns

normal mit Superauflösung

Kernporen

Hüllmembran

Chromatin

1 µm

1 µm

Rhodopsin + Licht

meta-Rhodopsin

Transducin (100)

GMP (10.000)

Ca-Ionenstrom

(1.000.000)

Geißeln

Vakuole

Zellwand

Augenfleck

Zellkern

Chloroplast

Signal

Mitochondrium

Vesikel mit

Neurotransmitter

Synaptischer

Spalt

Kanäle für

Neurotrasmitter

Calcium

Kanal

Fusioniertes

Vesikel

http://en.wikipedia.org/wiki/Synaptic_vesicles

Watanabe et al., Nature, 2013

http://en.wikipedia.org/wiki/Optogenetics

Promoter Sensor-Gen

Promoter Sensor-Gen

+Virus-DNA

Virus-DNA

Infektion (unspezifisch)

Synthese des Sensors (Zelltyp-spezifisch)

Entscheidet über Zelltyp bei Synthese

Neuron A

N-B N-C

N-D

N-E

N-F

Umdrehen

?

??

?

?

Aktivierung Grünlicht

Inhibierung Blaulicht

!

http://www.youtube.com/watch?v=I64X7vHSHOE

Phytochrom

Phytochrome

Komplementäre chromatische Adaptation

Rotlicht Grünlicht

Fremyella diplosiphon,

angezogen im

Nur Phycocyanin,

kein Phycoerythrin

Wenig Phycocyanin,

viel Phycoerythrin

Regulation durch Phytochrom-ähnlichen Rezeptor, CcaS (P645 / P545)

Cyanobacteriochrom CcaS Umwandlung: Spektren

Hirose et al., PNAS 2008

Einschalten Ausschalten

eines Gens (ß-Galactoidase) durch

ein bakterielles Phytochrom

Ryu and Gomelsky, Synth. Biol. 2014

Eingang 1 Eingang 2 Eingang 3 Ausgang

Licht Sauerstoff Serin

Phosphorylierung Protein A

c-di-GMP

Phosphorylierung Protein B

Phosphorylierung Protein B

c-AMP

Modularer Aufbau von Sensorproteinen