Zusammenfassung:
Cryptochrome und Photolyasen sind eine Gruppe ubiquitärer, FAD bindender,
blaulichtabhängiger Signalproteine bzw. Enzyme, welche zusammen die
Photolyase/Cryptochrom-Superfamilie (PCSf) bilden. Während Photolyasen UV-induzierte
DNA-Läsionen zwischen benachbarten Pyrimidinbasen, nämlich die Cyclobutanpyrimidindimere
(CPD) und die (6-4)-Pyrimidin-pyrimidon-Photoprodukte ((6-4)), erkennen
und blaulichtabhängig reparieren, üben Cryptochrome regulatorische Funktionen in vivo aus.
Die pflanzlichen Vertreter sind in der Antwort auf Blaulichtreize involviert und nehmen
Einfluss auf Wachstum, Entwicklung und die circadiane Uhr von Pflanzen. In Tieren
partizipieren Cryptochrome in der circadianen Uhr als Blaulichtsensensor (Typ-I), oder
lichtunabhängig als Teil des zentralen Oszillators (Typ-II). Cryptochrome aus Bakterien sind
weniger gut untersucht, der bestcharakterisierte Vertreter aus Synechocystis sp. PCC6803
gehört zur CryDASH-Familie, deren genaue biologische Funktion noch immer unklar ist.
In dieser Arbeit erfolgte eine funktionelle und die erste strukturelle Charakterisierung eines
echten bakteriellen Cryptochroms, des Cryptochroms B aus Rhodobacter sphaeroides
(RsCryB). RsCryB zeigt keine DNA-Reparaturaktivität und reguliert die Photosynthese von
R. sphaeroides auf dem Transkriptlevel sauerstoff- und blaulichtabhängig. RsCryB definiert
eine neue, überwiegend in Proteobakterien auftretende Proteinfamilie in der PCSf, die
proteobakteriellen Cryptochrome (CryPro). Trotz geringer Sequenzidentitäten zu anderen
Vertretern der PCSf ist die Struktur der CryPro-Familie homolog zur konservierten
Überstruktur der Superfamilie. Überraschenderweise konnte in RsCryB ein [4Fe-4S]-Cluster
identifiziert werden, der neben dem katalytischen Kofaktor FAD das bestimmende Element
der C-terminalen Domäne ist. Dieser Cluster ist strukturell und chemisch verwandt mit
bekannten Clustern aus eukaryotischen Primaseuntereinheiten, wie durch EPR-Experimente
gezeigt werden konnte. Daneben wurde in RsCryB mit 6,7-Dimethyl-8-ribityl-lumazin, ein
für die PCSf neuer Antennenchromophor identifiziert. Diese Studien werden ergänzt durch
eine Analyse der DNA-Bindung der Klasse II CPD-Photolyasen aus Methanosarcina mazei
(MmCPDII), sowie durch die Analyse des vollständig reduzierten Zustandes der MmCPDII
mittels Ultrakurzzeitspektroskopie. In einem dritten Teilprojekt konnte der Antennenchromophor
der (6-4)-Photolyase aus Dunaliella salina als 8-Hydroxy-5-deazaflavin
identifiziert und die in vitro Reparatur des (6-4)-Schadens durch das Enzym demonstriert
werden.