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Titel:Aktivierung und Deaktivierung von Cryptochrom 1 aus Arabidopsis thaliana
Autor:Niemann, Nils
Weitere Beteiligte: Batschauer, Alfred (Prof. Dr. )
Veröffentlicht:2021
URI:https://archiv.ub.uni-marburg.de/diss/z2021/0242
URN: urn:nbn:de:hebis:04-z2021-02429
DOI: https://doi.org/10.17192/z2021.0242
DDC: Biowissenschaften, Biologie
Titel (trans.):Activation and Deactivation of Cryptochrome 1 from Arabidopsis thaliana
Publikationsdatum:2022-02-03
Lizenz:https://rightsstatements.org/vocab/InC-NC/1.0/

Dokument

Schlagwörter:
Cry1, ROS, ROS, Kryoelektronenmikroskopie, Cryptochromes, blue light, Reaktive Sauerstoffspezies, Photorezeptor, Blue-light inhibitors of cryptochromes, cryogenic electron microscopy, CryoEM, Cry1, reactive oxygen species, BIC,, Cryptochrome, Blaulicht, photoreceptor

Zusammenfassung:
Cryptochrome und Photolyasen sind Flavoproteine, welche die Cryptochrome/Photolyasen-Superfamilie (CPF) bilden. Auch wenn alle CPFs eine hohe Sequenz- und Struktur-Ähnlichkeit zeigen, unterscheiden sie sich dennoch in ihrer physiologischen Funktion. Im Allgemeinen fungieren Cryptochrome als Blaulicht-Photorezeptoren, wohingegen Photolyasen CPD- oder (6-4)-Schäden in Einzel- und/oder Doppelstrang-DNA reparieren. Die Grenzen zwischen Cryptochromen und Photolyasen sind in manchen Fällen der CPF-Familie allerdings weniger deutlich. CPFs besitzen als katalytisch aktiven Kofaktor FAD, ausgenommen davon sind allein animal type II cryptochromes bei welchen bisher kein FAD als Kofaktor nachgewiesen werden konnte. FAD ist bekannt dafür Blaulicht zu absorbieren und in Anwesenheit von einem externen Reduktionsmittel kann Protein-gebundenes FAD bei Cryptochromen zu FADH° und bei Photolyasen zu FADH- reduziert werden. In Photolyasen wird, um den DNA-Schaden zu reparieren, von dem Blaulicht-aktiviertem FADH-* ein Elektron auf den DNA-Schaden übertragen. In pflanzlichen Cryptochromen induziert FADH° eine Änderung in der Proteinstruktur um diese zu aktivieren. Allerdings ist der molekulare Mechanismus zur Aktivierung von Cryptochromen im Vergleich zum Reparaturmechanismus bei Photolyasen weniger klar. In dieser Arbeit wurden die ersten Schritte im molekularen Mechnismus zur Aktivierung von Cryptochrome 1 (cry1) aus Arabidopsis thaliana untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass cry1 unter Blaulicht-Bedingungen ein Tetramer in vitro bildet. Bei genauerer Untersuchung der notwendigen Bedingungen zur Bildung des cry1 Oligomers konnte festgestellt werden, dass neben Blaulicht und einem Reduktionsmittel auch molekularer Sauerstoff notwendig ist. Diese neue Erkenntnis, lässt die Schlussfolgerung zu, dass nicht FADH° der aktive Zustand von cry1 ist, sondern für die Aktivierung von cry1 die Reoxidierung des Flavins notwendig ist. Durch quantitative enzymatische Assays konnte gezeigt werden, dass cry1 unter Blaulicht die reactive oxygen species (ROS) Superoxid (O2·-) und Wasserstoffperoxid (H2O2) produziert. Interessanterweise konnte in dieser Arbeit ebenfalls die ROS-induzierte Oligomerisierung von cry1 im Dunkeln nachgewiesen werden. Über die physiologische Bedeutung dieser Beobachtung kann bisher nur spekuliert werden, allerdings könnte dies auf einen neuen Redox-regulierten Mechanismus von cry1 hinweisen und cry1 nicht nur als Blaulicht-Photorezeptor sondern auch als Rezeptor des Redoxpotentials fungieren. In Kooperation mit Dr. Stephan Bohn, Dr. Thomas Heimerl, Dr. Jürgen Plitzko, Dr. Gert Bange und Dr. Jan Schuller konnten wir eine CryoEM-Struktur des Blaulicht-aktivierten Tetramers von cry1 erhalten.


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