Dynamik des Orai1-Kanals, die die Porenöffnung bestimmt

Veränderungen der zellulären Ca2+-Konzentration spielen in verschiedensten zellulären Prozessen und menschlichen Körperfunktionen eine universelle Rolle. Abnormale Ca2+-Spiegel in der Zelle können zu Krankheiten wie schwerer Immunschwäche oder Muskelfunktionsstörungen führen. Ein wichtiger Ca2+- Eintrittsweg in die Zelle ist der durch den Ca2+-Freisetzungs-aktivierte Ca2+- (CRAC-) Ionenkanal, der z. B. für die Aufrechterhaltung der Immunreaktion von entscheidender Bedeutung ist. Seit der Entdeckung der molekularen Determinanten (STIM, Orai) des CRAC-Kanals vor 15 Jahren ist ein tiefes Verständnis seiner Struktur und Funktion erreicht worden. Dennoch konnten verschiedene Aspekte, insbesondere die dynamische Auflösung der Struktur-Funktions-Beziehung der Kanäle, bisher nicht erreicht werden, was auch auf die Beschränkungen traditioneller Techniken zurückzuführen ist. Der Schwerpunkt dieses Projekts liegt auf der Charakterisierung kritischer Kommunikationsstellen und der Dynamik einzelner Transmembrandomänen (TM), die die Porenöffnung kontrollieren, insbesondere an der Peripherie des Kanals, die derzeit noch wenig verstanden sind. Um das Zusammenspiel der entscheidenden Kontrollpunkte im CRAC-Kanalkomplex zu untersuchen, werden wir einen kombinierten Ansatz aus konventionellen biophysikalischen Methoden zusammen mit der derzeit aufkommenden Technologie zur Erweiterung des genetischen Codes verwenden, um ein tiefes Verständnis der Proteindynamik in Abhängigkeit von einer einzelnen Aminosäure in der lebenden Zelle zu ermöglichen. Insbesondere werden wir die Lichtempfindlichkeit auf einzelne Bausteine des CRAC- Kanalproteins übertragen, um neue Erkenntnisse über die Struktur/Funktionsbeziehung auf atomarer Ebene in vivo zu gewinnen. Die wichtigste Neuerung dieses Projektes besteht darin, dass wir eine Reihe lichtempfindlicher Orai1- Mutanten entwickeln, um die bisher unbekannte Dynamik des Orai1-Porenöffnungsmechanismus zu entschlüsseln. Diese Werkzeuge werden langfristig wertvoll sein, um intra- und intermolekulare Bindungsschnittstellen mit Aminosäureauflösung nachzuweisen und nachgeschaltete Signalprozesse zu kontrollieren, was deutlich über die bisherige Forschung hinausgeht. Langfristig werden unsere neuen Ergebnisse eine neue Grundlage für die Entwicklung neuer zielgerichteter therapeutischer Strategien bilden.