AG Visuelle Signaltransduktion (Dr. Martin Heck)

Die AG Heck untersucht:

  • die molekularen Mechanismen und
  • die Kinetik der visuellen Signaltransduktion sowie des Retinoid-Zyklus.

 

 

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Arbeitsgruppe Visuelle Signaltransduktion

Die Arbeitsgruppe von Herrn Dr. Heck bearbeitet folgende Schwerpunkte:

  • die enzymatische und strukturelle Charakterisierung der PDE6,
  • molekulare Grundlagen des Retinal-Transfers durch das Opsin,
  • den Einfluss der Rezeptor-Phosphorylierung und Arrestin-Bindung auf den Retinal-Transfer und die Rhodopsin-Photochemie und
  • die Stöchiometrie und konformationale Dynamik der Arrestin-Rhodopsin-Interaktion.

Hintergrund

In den Stäbchenzellen der Netzhaut befindet sich der Photorezeptor Rhodopsin, der aus dem 7-transmembranhelikalen Protein Opsin und dem kovalent verknüpften Liganden, 11-cis-Retinal, zusammengesetzt ist. Durch Absorption von Licht isomerisiert 11-cis-Retinal zu all-trans-Retinal und induziert so eine Reihe von aktivierenden Konformationsänderungen im Protein. Das Lichtsignal wird kaskadenartig verstärkt, indem ein aktiviertes Rhodopsin viele G-Proteine aktiviert, die wiederum eine cGMP-spezifische Phosphodiesterase (PDE6) aktivieren. Letztendlich führt das Lichtsignal zu einer Abnahme der Membranspannung der Stäbchenzelle und veränderte Transmitterfreisetzung an der Synapse. Kurz nach der Lichtaktivierung wird Rhodopsin durch die Rhodopsinkinase phosphoryliert, welches die Bindung des Proteins Arrestin ermöglicht und so eine weitere Aktivierung des G-Proteins blockiert. Anders als viele andere in der Natur vorkommende Retinalproteine, kann aktiviertes Rhodopsin in Vertebraten nicht durch Licht regeneriert werden. Das all-trans-Retinal verlässt das Protein, nachdem die kovalente Bindung zwischen all-trans-Retinal und Opsin hydrolysiert wurde. Anschließend wird Opsin durch ein neues 11-cis-Retinal-Molekül zu Rhodopsin regeneriert. Eine komplexe enzymatische Maschinerie (Retinoidcyclus) konvertiert dabei all-trans-Retinal zu 11-cis-Retinal.

Biophysikalische Methoden

Es wird ein breites Spektrum an biochemischen und biophysikalischen Methoden, wie

  • die Isolierung der beteiligten Proteine aus nativem Gewebe und verschiedenen Expressionssystemen, 
  • die ortsgerichtete Mutagenese und Labeling,
  • die Fluoreszenz-Spektroskopie,
  • die UV-/Vis-Spektroskopie sowie
  • die kinetische Modellierung verwendet.