Molecular structure of Cph1 phytochrome

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Phytochrom-Fotorezeptoren spielen eine zentrale Role bei der Steuerung der Pflanzenentwicklung. Der Phytochrom-Grundzustand (Pr) ist physiologisch inaktiv. Erst nach der Absorption von Rotlicht wird der physiologisch aktiven Pfr-Zustand gebildet, welcher die Photomorphogenese der Pflanze einleitet. Pfr ist thermisch stabil, wird jedoch durch die Absorption von Dunkelrot zu Pr zurückkonvertiert. Insofern stellen Phytochrome molekulare Schalter von besonderer biologischer Bedeutung dar. Während pflanzliche Phytochrome schwierige Objekte für die Struktur/Funktionsanalyse sind, ist das Cph1-Phytochrom aus dem Cyanobakterium Synechocystis für solche Studien besonders gut geeignet. Cph1 ist eine licht-regulierte Histidin-Proteinkinase, artentypisch denen, die in bakteriellen Zwei- Komponenten -Systemen fungieren. Die AG HUGHES hat zahlreiche molekulargenetische, biochemische und biophysikalische Untersuchungen von Cph1 erfolgreich durchgeführt. Insbesondere in Zusammenarbeit mit der AG ESSEN konnten kürzlich rasche Fortschritte zur röntgenkristallografischen Lösung der 3D-Struktur des Sensormoduls erzielen werden. Im beantragten Projekt wird diese Arbeit vervollständigt und erweitert. Nachdem wir die 3DStruktur des Pr Grundzustands mit atomarer Auflösung entziffert haben, wollen wir unsere Fähigkeit nutzen, homogenes Pfr zu präparieren, um seine 3D-Struktur ebenfalls zu lösen. Durch Einsatz von Mutanten wollen wir hypothetische intramolekulare Wechselwirkungen und Funktionen kristallografisch und fotochemisch mit Hilfe von Absorptions- und Fluoreszenzspektroscopie untersuchen. Anschließend wollen wir versuchen, die gesamte Cph1-Sensorkinase zu kristallisieren: Die 3D-Struktur dieses Moleküls sollte eine Durchbruch darstellen mit weiteren Implikationen für die Nanotechnologie, die Pflanzenphysiologie bis hin zur molekularen Gestaltung neuartiger Antibiotika.