Chromophor-Protein Interaktionen im signalgebenden Zustand des Rhodopsin (SFB 498)


Vertebraten Rhodopsin ist ein biologischer Einzelphotonendetektor und archetypischer G-Protein gekoppelter Rezeptor. Eine notwendige Bedingung für seine Funktion ist die enge Wechselwirkung mit dem Chromophor im Grundzustand. Der ruhende Rezeptor wird durch lichtinduzierte cis/ trans Isomerisierung des gebundenen Retinals aktiviert. Während des Aktivierungsprozesses spielt das Retinal eine duale Rolle, nämlich als Chromophor in der sehr schnellen initialen Photochemie und, nach Relaxierung des angeregten Zustandes als ein aktivierender Ligand. Wir unterscheiden drei Phasen des Aktivierungsprozesses: i) licht-induzierte cis/ trans Isomerisierung des Retinal, ii) thermische Relaxierung des Retinal- Protein Komplexes, und iii) die späten Gleichgewichte die durch die Interaktion mit dem G-Protein beeinflusst werden. Im aktiven Meta II Zustand der aus diesen Umwandlungen resultiert, werden neue Interaktionen des Retinal mit dem Protein realisiert. Das Ziel ist diese neuen Interaktionen im signalgebenden Zustand zu verstehen. In den letzten drei Jahren haben wir neue Werkzeuge für diese Untersuchungen entwickelt, nämlich 1) Bildung des Meta II auf dem normalen photolytischen Weg aber ausgehend von künstlichen Rhodopsinen und blockierten Retinalanalogen, und 2) Photolyse des aktiven Zustandes durch Blaulichtabsorption. In der daraus resultierende Arbeitshypothese gehen wie der Frage nach welche der möglichen Chromophor/ Protein Interaktionen zur Rezeptoraktivierung führt.
Projektleitung:

PD Dr.rer.nat. Franz Bartl
Univ. Prof. Dr. Klaus-Peter Hofmann
Charité - Universitätsmedizin Berlin
Institut für Medizinische Physik und Biophysik CCM
Tel. 450-524170/524206
Fax 450-524952
franz.bartl@charite.de
Weitere Projektleitungen:

Prof. Dr. K. P. Hofmann
Weitere Projektmitglieder:

Prof. H.W. Choe, Dr. rer. nat. E. Ritter
Laufzeit:

01/2000 - 12/2010
Fördereinrichtung:

Deutsche Forschungsgemeinschaft e.V.
Publikationen:

Kuksa, F. Bartl, T. Maeda, G. Jang, E. Ritter,. M. Heck, J. P. van Hooser, Y. Liang, S. Filipek, M. Gelb, K.P. Hofmann, and K. Palczewski: Biochemical and physiological propertiesof rhodopsin regenerated with 11-cis-6-ring and 7-ring retinals. J. Biol. Chem. 276, 26148 26153, (2002). O.P. Ernst, F.J. Bartl: Active state of rhodopsin. ChemBiochem 3: 968-974, (2002). Ritter E., Zimmermann K., Heck M., Hofmann K.P. & Bartl F.J.:Transition of Rhodopsin into the Active Metarhodopsin II State Opens a New Light-induced Pathway Linked to Schiff Base Isomerization. J Biol Chem: 279(46) 48102-48111, (2004). Zimmermann K., Ritter E., Bartl F.J., Hofmann K.P. & Heck M.: Interaction with Transducin Depletes Metarhodopsin III: A regulated retinal storage in visual signal transduction? J Biol Chem: 279(46) 48112-48119, (2004). Bartl F.J., Fritze O., Ritter E., Herrmann R., Kuksa V., Palczewski K., Hofmann K.P. & Ernst O.P.: Partial agonism in a G Protein-coupled receptor: role of the retinal ring structure in rhodopsin activation. J Biol Chem: 280, 34259-34267, (2005).