Optogenetik: Lichtschalter aktiviert zellulären Botenstoff
Ein Licht empfindliches Protein aus einem Schimmelpilz erweitert den optogenetischen Baukasten.
Wie die Arbeitsgruppe um Prof. Alexander Gottschalk berichtet, bildet das vom dem im Wasser lebenden Schimmelpilz Blastocladiella emersonii gebildete Protein CyclOp bei Belichtung den Botenstoff cGMP. Dieser wichtige zelluläre Botenstoff ist am Sehprozess, an der Regulation des Blutdrucks, am induzierten Zelltod, aber auch an der Regulation der männlichen Erektion beteiligt. So führt das Präparat Viagra zu einem Anstieg des cGMP Niveaus in den Zellen. Bringt man CyclOp in einen Organismus wie den Fadenwurm Caenorhabditis elegans ein, kann man Signalwege innerhalb der Zelle untersuchen. Die Optogenetik geht damit einen Schritt über die bisherige Forschung hinaus.
„Das Licht-aktivierte Enzym CyclOp hat hervorragende molekulare Eigenschaften, die es als wertvolle Erweiterung des optogenetischen Werkzeugkastens für die Zell- und Neurobiologen qualifizieren“, erklärt Prof. Gottschalk vom Institut für Molekulare Zellbiologie und Neurobiochemie an der Goethe-Universität. Gemeinsam mit den Kollegen aus Würzburg hat seine Arbeitsgruppe das Protein in Sauerstoff-sensorische Zellen eingeschleust, um herauszufinden, welche Rolle der Botenstoff cGMP in diesen Zellen spielt. Dazu wird der durchsichtige Fadenwurm beleuchtet, so dass cGMP vermehrt ausgeschüttet wird. Die Zellen reagierten darauf, als ob sie einen Anstieg der Sauerstoffkonzentration detektiert hätten. Somit konnten sie mithilfe von CyclOp besser verstehen, wie das natürliche Signal für diese Zellen in eine zelluläre Antwort umgesetzt wird.
Der optogenetisch modifizierte Fadenwurm C. elegans exprimiert in seinen Körperwandmuskeln das Protein CyclOp (rot) zusammen mit einem cGMP-aktivierten Ionenkanal (grün).
AK Gottschalk/Goethe-Universität Frankfurt am Main
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