Forschung

Unsere Arbeitsgruppe entwickelt Enzyme, deren Aktivität sich mit Licht steuern lässt. Licht als Signal hat gegenüber che­mi­schen Effektoren einen entscheidenden Vorteil: Es lässt sich zeitlich und räumlich genau dosieren und wirkt reversibel. Damit werden Enzyme zu Werkzeugen, mit denen ein­zel­ne Schritte eines biologischen Prozesses gezielt ausgelöst und untersucht werden können, im Reagenzglas ebenso wie in lebenden Zellen.

Methodisch beruht unser Ansatz auf der internen Insertion lichtempfindlicher LOV-Domänen in das Zielenzym. Bei Belichtung mit blauem Licht ändert die LOV-Domäne ihre Konformation. Sitzt sie an einer geeigneten Position, überträgt sich diese Änderung auf die Struktur und Dynamik des Enzyms und schaltet dessen Aktivität an oder aus. Entscheidend ist die Wahl der Insertionsstelle: Sie muss die Faltung des Enzyms erhalten und die Konformationsänderung zugleich weiterleiten. Dieses Prinzip haben wir am Beispiel der T7-RNA-Polymerase kürzlich etabliert.

Gegenwärtig übertragen wir den Insertionsansatz auf Proteinkinasen. Kinasen regulieren nahezu alle zel­lu­lä­ren Signalwege und ihre Fehlregulation ist mit zahlreichen Erkrankungen verbunden. Um ein­zel­ne Signalereignisse aufklären zu können, braucht es Werkzeuge, die eine Kinase nicht dauerhaft hemmen oder aktivieren, sondern ihre Aktivität definiert umschalten.

Als Modellsystem dient uns die Tyrosinkinase Abl (Abelson murine leukemia oncogene). Erste Insertionspositionen für eine LOV-Domäne haben wir identifiziert und biochemisch charakterisiert. Da sich geeignete Positionen rational nur begrenzt vorhersagen lassen, bauen wir derzeit ein Selektionssystem in E. coli auf, mit dem sich Bibliotheken von Insertionsvarianten parallel auf lichtabhängige Aktivität prüfen lassen. Damit verbinden wir rationales Proteindesign mit evolutiven Methoden, einem Ansatz, der unsere Arbeiten seit Langem prägt.