Structural determinants of potassium selectivity in engineered and natural KCRs: = Strukturelle Faktoren der Kaliumselektivität in artifiziellen und natürlichen KCRs
Mikrobielle Rhodopsine sind Membranproteine, die Lichtsensitivität mit sensorischer, enzymatischer oder ionenleitender Funktion in einem Protein vereinen. Ihre strukturelle Kompaktheit macht lichtgetriebene Ionenpumpen und lichtgesteuerte Kanalrhodopsine (ChRs) zu weit verbreiteten optogenetischen W...
Gespeichert in:
| 1. Verfasser: | |
|---|---|
| Format: | Abschlussarbeit Elektronisch E-Book |
| Sprache: | English |
| Veröffentlicht: |
Berlin
[2024?]
|
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Volltext |
| Zusammenfassung: | Mikrobielle Rhodopsine sind Membranproteine, die Lichtsensitivität mit sensorischer, enzymatischer oder ionenleitender Funktion in einem Protein vereinen. Ihre strukturelle Kompaktheit macht lichtgetriebene Ionenpumpen und lichtgesteuerte Kanalrhodopsine (ChRs) zu weit verbreiteten optogenetischen Werkzeugen in der biologischen Forschung. Die Entdeckung und Entwicklung weiterer Ionenselektivitäten eröffnet neue Möglichkeiten der optogenetischen Manipulation des Membranpotentials elektrogener Zellen wie Neuronen. Seit langem wird an lichtgesteuerten K+-selektiven Ionenkanälen geforscht, um biologisch kompatible inhibierende Proteine zu kreieren. Eine Punktmutation im Rhodopsin KR2, einer lichtgesteuerten Na+-Pumpe aus dem Meeresbakterium Dokdonia eikasta, induzierte K+-selektive Leckströme. In dieser Studie wurden die Limitationen dieser KR2-R109Q-Mutante mithilfe elektrophysiologischer Methoden experimentell charakterisiert, begleitet von computergestützten pKa-Vorhersagen und MD-Simulationen. Eine Mutationsstudie offenbarte die molekularen Ursachen für die nachteilige pH-Abhängigkeit und die verbleibende Na+-Pumpaktivität. Durch Kombination von Schlüsselmutationen im Extrazellularraum des Proteins konnten diese Einschränkungen reduziert werden und größere K+-Leitfähigkeit unter physiologischen Bedingungen erzielt werden. Währenddessen wurden die ersten K+-selektiven ChRs unter physiologischen Bedingungen entdeckt, die KCRs. HcKCR1 aus der stramenopilen Alge Hyphochytrium catenoides und Mutanten der Ionenleitpore wurden elektrisch charakterisiert, unterstützt durch strukturelle Vorhersagen. Ein neuartiger hydrophober Selektivitätsfilter wurde identifiziert und seine Konservierung in verwandten Stramenopilen-ChRs nachgewiesen. [...] Englische Version: Microbial rhodopsins are light-sensitive membrane proteins found in all domains of life. They combine photosensitivity with sensory, enzymatic or ion-translocating functions. Their structural simplicity makes light-driven ion pumps and light-gated channelrhodopsins (ChRs) valuable optogenetic tools for controlling cellular activity with light. Discovering and engineering new forms of ion selectivity expands possibilities for manipulating the membrane potential of electrogenic cells like neurons. Light-sensitive K+-selective ChRs have been highly anticipated as inhibitory optogenetic tools. A point mutation in the central gate of KR2, a light-driven Na+-pump rhodopsin from the marine bacterium Dokdonia eikasta, resulted in K+-selective leak photocurrents. This study experimentally characterized the main limitations of this KR2-R109Q variant using two-electrode and whole-cell voltage-clamp methods, supported by computational pKa prediction and classical MD simulations. An extensive mutational study revealed the molecular cause for the detrimental pH-sensitivity and residual Na+-pumping activity. Combining key mutations in the extracellular part of the protein reduced these limitations, yielding larger K+-selective photocurrents under physiological conditions. During this study, a novel ChR family with superior properties, Kalium ChRs (KCRs) was discovered, representing the first K+-selective ChRs under physiological conditions. HcKCR1 from the stramenopile alga Hyphochytrium catenoides and mutants of its putative ion conduction pore were electrically characterized in WCVC experiments, supported by structural predictions. A novel type of hydrophobic selectivity filter was identified and found to be conserved in related stramenopile ChRs. [...] |
| Beschreibung: | Tag der mündlichen Prüfung: 29. Mai 2024 Der Text enthält eine Zusammenfassung in deutscher und englischer Sprache. Veröffentlichung der elektronischen Ressource auf dem edoc-Server der Humboldt-Universität zu Berlin: 2024 |
| Beschreibung: | 1 Online-Ressource (XVIII, 225 Seiten) Illustrationen, Diagramme |
Internformat
MARC
| LEADER | 00000nmm a2200000 c 4500 | ||
|---|---|---|---|
| 001 | BV049802829 | ||
| 003 | DE-604 | ||
| 005 | 20240809 | ||
| 006 | a m||| 00||| | ||
| 007 | cr|uuu---uuuuu | ||
| 008 | 240731s2024 |||| o||u| ||||||eng d | ||
| 024 | 7 | |a 10.18452/28851 |2 doi | |
| 024 | 7 | |a urn:nbn:de:kobv:11-110-18452/29801-6 |2 urn | |
| 035 | |a (OCoLC)1450737690 | ||
| 035 | |a (DE-599)BVBBV049802829 | ||
| 040 | |a DE-604 |b ger |e rda | ||
| 041 | 0 | |a eng | |
| 049 | |a DE-11 | ||
| 084 | |8 2\p |a 624 |2 23sdnb | ||
| 084 | |8 1\p |a 628.53 |2 23ksdnb | ||
| 100 | 1 | |a Schiewer, Enrico |d 1978- |e Verfasser |0 (DE-588)1012129020 |4 aut | |
| 245 | 1 | 0 | |a Structural determinants of potassium selectivity in engineered and natural KCRs |b = Strukturelle Faktoren der Kaliumselektivität in artifiziellen und natürlichen KCRs |c von Enrico Schiewer |
| 246 | 1 | 1 | |a Strukturelle Faktoren der Kaliumselektivität in artifiziellen und natürlichen KCRs |
| 264 | 1 | |a Berlin |c [2024?] | |
| 300 | |a 1 Online-Ressource (XVIII, 225 Seiten) |b Illustrationen, Diagramme | ||
| 336 | |b txt |2 rdacontent | ||
| 337 | |b c |2 rdamedia | ||
| 338 | |b cr |2 rdacarrier | ||
| 500 | |a Tag der mündlichen Prüfung: 29. Mai 2024 | ||
| 500 | |a Der Text enthält eine Zusammenfassung in deutscher und englischer Sprache. | ||
| 500 | |a Veröffentlichung der elektronischen Ressource auf dem edoc-Server der Humboldt-Universität zu Berlin: 2024 | ||
| 502 | |b Dissertation |c Humboldt-Universität zu Berlin |d 2024 | ||
| 520 | 8 | |a Mikrobielle Rhodopsine sind Membranproteine, die Lichtsensitivität mit sensorischer, enzymatischer oder ionenleitender Funktion in einem Protein vereinen. Ihre strukturelle Kompaktheit macht lichtgetriebene Ionenpumpen und lichtgesteuerte Kanalrhodopsine (ChRs) zu weit verbreiteten optogenetischen Werkzeugen in der biologischen Forschung. Die Entdeckung und Entwicklung weiterer Ionenselektivitäten eröffnet neue Möglichkeiten der optogenetischen Manipulation des Membranpotentials elektrogener Zellen wie Neuronen. Seit langem wird an lichtgesteuerten K+-selektiven Ionenkanälen geforscht, um biologisch kompatible inhibierende Proteine zu kreieren. Eine Punktmutation im Rhodopsin KR2, einer lichtgesteuerten Na+-Pumpe aus dem Meeresbakterium Dokdonia eikasta, induzierte K+-selektive Leckströme. In dieser Studie wurden die Limitationen dieser KR2-R109Q-Mutante mithilfe elektrophysiologischer Methoden experimentell charakterisiert, begleitet von computergestützten pKa-Vorhersagen und MD-Simulationen. Eine Mutationsstudie offenbarte die molekularen Ursachen für die nachteilige pH-Abhängigkeit und die verbleibende Na+-Pumpaktivität. Durch Kombination von Schlüsselmutationen im Extrazellularraum des Proteins konnten diese Einschränkungen reduziert werden und größere K+-Leitfähigkeit unter physiologischen Bedingungen erzielt werden. Währenddessen wurden die ersten K+-selektiven ChRs unter physiologischen Bedingungen entdeckt, die KCRs. HcKCR1 aus der stramenopilen Alge Hyphochytrium catenoides und Mutanten der Ionenleitpore wurden elektrisch charakterisiert, unterstützt durch strukturelle Vorhersagen. Ein neuartiger hydrophober Selektivitätsfilter wurde identifiziert und seine Konservierung in verwandten Stramenopilen-ChRs nachgewiesen. [...] | |
| 520 | 8 | |a Englische Version: Microbial rhodopsins are light-sensitive membrane proteins found in all domains of life. They combine photosensitivity with sensory, enzymatic or ion-translocating functions. Their structural simplicity makes light-driven ion pumps and light-gated channelrhodopsins (ChRs) valuable optogenetic tools for controlling cellular activity with light. Discovering and engineering new forms of ion selectivity expands possibilities for manipulating the membrane potential of electrogenic cells like neurons. Light-sensitive K+-selective ChRs have been highly anticipated as inhibitory optogenetic tools. A point mutation in the central gate of KR2, a light-driven Na+-pump rhodopsin from the marine bacterium Dokdonia eikasta, resulted in K+-selective leak photocurrents. This study experimentally characterized the main limitations of this KR2-R109Q variant using two-electrode and whole-cell voltage-clamp methods, supported by computational pKa prediction and classical MD simulations. An extensive mutational study revealed the molecular cause for the detrimental pH-sensitivity and residual Na+-pumping activity. Combining key mutations in the extracellular part of the protein reduced these limitations, yielding larger K+-selective photocurrents under physiological conditions. During this study, a novel ChR family with superior properties, Kalium ChRs (KCRs) was discovered, representing the first K+-selective ChRs under physiological conditions. HcKCR1 from the stramenopile alga Hyphochytrium catenoides and mutants of its putative ion conduction pore were electrically characterized in WCVC experiments, supported by structural predictions. A novel type of hydrophobic selectivity filter was identified and found to be conserved in related stramenopile ChRs. [...] | |
| 650 | 0 | 7 | |8 3\p |a Photorezeptor |0 (DE-588)4045934-2 |2 gnd |
| 653 | |a Optogenetik | ||
| 653 | |a Rhodopsin | ||
| 653 | |a Elektrophysiologie | ||
| 653 | |a Molekulardynamik | ||
| 653 | |a Kanalrhodopsin | ||
| 653 | |a Natriumpumpe | ||
| 653 | |a KR2 | ||
| 653 | |a Kaliumselektivität | ||
| 653 | |a KCR | ||
| 653 | |a Optogenetics | ||
| 653 | |a electrophysiology | ||
| 653 | |a molecular dynamics | ||
| 653 | |a channelrhodopsin | ||
| 653 | |a sodium pump | ||
| 653 | |a potassium selectivity | ||
| 653 | |a KCRs | ||
| 655 | 7 | |0 (DE-588)4113937-9 |a Hochschulschrift |2 gnd-content | |
| 776 | 0 | 8 | |i Erscheint auch als |a Schiewer, Enrico |t Structural determinants of potassium selectivity in engineered and natural KCRs |n Druck-Ausgabe |
| 856 | 4 | 0 | |u http://edoc.hu-berlin.de/18452/29801 |x Verlag |z kostenfrei |3 Volltext |
| 883 | 0 | |8 1\p |a emakn |c 0,05166 |d 20240807 |q DE-101 |u https://d-nb.info/provenance/plan#emakn | |
| 883 | 0 | |8 2\p |a emasg |c 0,41734 |d 20240807 |q DE-101 |u https://d-nb.info/provenance/plan#emasg | |
| 883 | 0 | |8 3\p |a emagnd |c 0,19650 |d 20240807 |q DE-101 |u https://d-nb.info/provenance/plan#emagnd | |
| 912 | |a ebook | ||
| 943 | 1 | |a oai:aleph.bib-bvb.de:BVB01-035143397 | |
Datensatz im Suchindex
| _version_ | 1811969605209423872 |
|---|---|
| adam_text | |
| any_adam_object | |
| author | Schiewer, Enrico 1978- |
| author_GND | (DE-588)1012129020 |
| author_facet | Schiewer, Enrico 1978- |
| author_role | aut |
| author_sort | Schiewer, Enrico 1978- |
| author_variant | e s es |
| building | Verbundindex |
| bvnumber | BV049802829 |
| collection | ebook |
| ctrlnum | (OCoLC)1450737690 (DE-599)BVBBV049802829 |
| format | Thesis Electronic eBook |
| fullrecord | <?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?><collection xmlns="http://www.loc.gov/MARC21/slim"><record><leader>00000nmm a2200000 c 4500</leader><controlfield tag="001">BV049802829</controlfield><controlfield tag="003">DE-604</controlfield><controlfield tag="005">20240809</controlfield><controlfield tag="006">a m||| 00|||</controlfield><controlfield tag="007">cr|uuu---uuuuu</controlfield><controlfield tag="008">240731s2024 |||| o||u| ||||||eng d</controlfield><datafield tag="024" ind1="7" ind2=" "><subfield code="a">10.18452/28851</subfield><subfield code="2">doi</subfield></datafield><datafield tag="024" ind1="7" ind2=" "><subfield code="a">urn:nbn:de:kobv:11-110-18452/29801-6</subfield><subfield code="2">urn</subfield></datafield><datafield tag="035" ind1=" " ind2=" "><subfield code="a">(OCoLC)1450737690</subfield></datafield><datafield tag="035" ind1=" " ind2=" "><subfield code="a">(DE-599)BVBBV049802829</subfield></datafield><datafield tag="040" ind1=" " ind2=" "><subfield code="a">DE-604</subfield><subfield code="b">ger</subfield><subfield code="e">rda</subfield></datafield><datafield tag="041" ind1="0" ind2=" "><subfield code="a">eng</subfield></datafield><datafield tag="049" ind1=" " ind2=" "><subfield code="a">DE-11</subfield></datafield><datafield tag="084" ind1=" " ind2=" "><subfield code="8">2\p</subfield><subfield code="a">624</subfield><subfield code="2">23sdnb</subfield></datafield><datafield tag="084" ind1=" " ind2=" "><subfield code="8">1\p</subfield><subfield code="a">628.53</subfield><subfield code="2">23ksdnb</subfield></datafield><datafield tag="100" ind1="1" ind2=" "><subfield code="a">Schiewer, Enrico</subfield><subfield code="d">1978-</subfield><subfield code="e">Verfasser</subfield><subfield code="0">(DE-588)1012129020</subfield><subfield code="4">aut</subfield></datafield><datafield tag="245" ind1="1" ind2="0"><subfield code="a">Structural determinants of potassium selectivity in engineered and natural KCRs</subfield><subfield code="b">= Strukturelle Faktoren der Kaliumselektivität in artifiziellen und natürlichen KCRs</subfield><subfield code="c">von Enrico Schiewer</subfield></datafield><datafield tag="246" ind1="1" ind2="1"><subfield code="a">Strukturelle Faktoren der Kaliumselektivität in artifiziellen und natürlichen KCRs</subfield></datafield><datafield tag="264" ind1=" " ind2="1"><subfield code="a">Berlin</subfield><subfield code="c">[2024?]</subfield></datafield><datafield tag="300" ind1=" " ind2=" "><subfield code="a">1 Online-Ressource (XVIII, 225 Seiten)</subfield><subfield code="b">Illustrationen, Diagramme</subfield></datafield><datafield tag="336" ind1=" " ind2=" "><subfield code="b">txt</subfield><subfield code="2">rdacontent</subfield></datafield><datafield tag="337" ind1=" " ind2=" "><subfield code="b">c</subfield><subfield code="2">rdamedia</subfield></datafield><datafield tag="338" ind1=" " ind2=" "><subfield code="b">cr</subfield><subfield code="2">rdacarrier</subfield></datafield><datafield tag="500" ind1=" " ind2=" "><subfield code="a">Tag der mündlichen Prüfung: 29. Mai 2024</subfield></datafield><datafield tag="500" ind1=" " ind2=" "><subfield code="a">Der Text enthält eine Zusammenfassung in deutscher und englischer Sprache.</subfield></datafield><datafield tag="500" ind1=" " ind2=" "><subfield code="a">Veröffentlichung der elektronischen Ressource auf dem edoc-Server der Humboldt-Universität zu Berlin: 2024</subfield></datafield><datafield tag="502" ind1=" " ind2=" "><subfield code="b">Dissertation</subfield><subfield code="c">Humboldt-Universität zu Berlin</subfield><subfield code="d">2024</subfield></datafield><datafield tag="520" ind1="8" ind2=" "><subfield code="a">Mikrobielle Rhodopsine sind Membranproteine, die Lichtsensitivität mit sensorischer, enzymatischer oder ionenleitender Funktion in einem Protein vereinen. Ihre strukturelle Kompaktheit macht lichtgetriebene Ionenpumpen und lichtgesteuerte Kanalrhodopsine (ChRs) zu weit verbreiteten optogenetischen Werkzeugen in der biologischen Forschung. Die Entdeckung und Entwicklung weiterer Ionenselektivitäten eröffnet neue Möglichkeiten der optogenetischen Manipulation des Membranpotentials elektrogener Zellen wie Neuronen. Seit langem wird an lichtgesteuerten K+-selektiven Ionenkanälen geforscht, um biologisch kompatible inhibierende Proteine zu kreieren. Eine Punktmutation im Rhodopsin KR2, einer lichtgesteuerten Na+-Pumpe aus dem Meeresbakterium Dokdonia eikasta, induzierte K+-selektive Leckströme. In dieser Studie wurden die Limitationen dieser KR2-R109Q-Mutante mithilfe elektrophysiologischer Methoden experimentell charakterisiert, begleitet von computergestützten pKa-Vorhersagen und MD-Simulationen. Eine Mutationsstudie offenbarte die molekularen Ursachen für die nachteilige pH-Abhängigkeit und die verbleibende Na+-Pumpaktivität. Durch Kombination von Schlüsselmutationen im Extrazellularraum des Proteins konnten diese Einschränkungen reduziert werden und größere K+-Leitfähigkeit unter physiologischen Bedingungen erzielt werden. Währenddessen wurden die ersten K+-selektiven ChRs unter physiologischen Bedingungen entdeckt, die KCRs. HcKCR1 aus der stramenopilen Alge Hyphochytrium catenoides und Mutanten der Ionenleitpore wurden elektrisch charakterisiert, unterstützt durch strukturelle Vorhersagen. Ein neuartiger hydrophober Selektivitätsfilter wurde identifiziert und seine Konservierung in verwandten Stramenopilen-ChRs nachgewiesen. [...]</subfield></datafield><datafield tag="520" ind1="8" ind2=" "><subfield code="a">Englische Version: Microbial rhodopsins are light-sensitive membrane proteins found in all domains of life. They combine photosensitivity with sensory, enzymatic or ion-translocating functions. Their structural simplicity makes light-driven ion pumps and light-gated channelrhodopsins (ChRs) valuable optogenetic tools for controlling cellular activity with light. Discovering and engineering new forms of ion selectivity expands possibilities for manipulating the membrane potential of electrogenic cells like neurons. Light-sensitive K+-selective ChRs have been highly anticipated as inhibitory optogenetic tools. A point mutation in the central gate of KR2, a light-driven Na+-pump rhodopsin from the marine bacterium Dokdonia eikasta, resulted in K+-selective leak photocurrents. This study experimentally characterized the main limitations of this KR2-R109Q variant using two-electrode and whole-cell voltage-clamp methods, supported by computational pKa prediction and classical MD simulations. An extensive mutational study revealed the molecular cause for the detrimental pH-sensitivity and residual Na+-pumping activity. Combining key mutations in the extracellular part of the protein reduced these limitations, yielding larger K+-selective photocurrents under physiological conditions. During this study, a novel ChR family with superior properties, Kalium ChRs (KCRs) was discovered, representing the first K+-selective ChRs under physiological conditions. HcKCR1 from the stramenopile alga Hyphochytrium catenoides and mutants of its putative ion conduction pore were electrically characterized in WCVC experiments, supported by structural predictions. A novel type of hydrophobic selectivity filter was identified and found to be conserved in related stramenopile ChRs. [...]</subfield></datafield><datafield tag="650" ind1="0" ind2="7"><subfield code="8">3\p</subfield><subfield code="a">Photorezeptor</subfield><subfield code="0">(DE-588)4045934-2</subfield><subfield code="2">gnd</subfield></datafield><datafield tag="653" ind1=" " ind2=" "><subfield code="a">Optogenetik</subfield></datafield><datafield tag="653" ind1=" " ind2=" "><subfield code="a">Rhodopsin</subfield></datafield><datafield tag="653" ind1=" " ind2=" "><subfield code="a">Elektrophysiologie</subfield></datafield><datafield tag="653" ind1=" " ind2=" "><subfield code="a">Molekulardynamik</subfield></datafield><datafield tag="653" ind1=" " ind2=" "><subfield code="a">Kanalrhodopsin</subfield></datafield><datafield tag="653" ind1=" " ind2=" "><subfield code="a">Natriumpumpe</subfield></datafield><datafield tag="653" ind1=" " ind2=" "><subfield code="a">KR2</subfield></datafield><datafield tag="653" ind1=" " ind2=" "><subfield code="a">Kaliumselektivität</subfield></datafield><datafield tag="653" ind1=" " ind2=" "><subfield code="a">KCR</subfield></datafield><datafield tag="653" ind1=" " ind2=" "><subfield code="a">Optogenetics</subfield></datafield><datafield tag="653" ind1=" " ind2=" "><subfield code="a">electrophysiology</subfield></datafield><datafield tag="653" ind1=" " ind2=" "><subfield code="a">molecular dynamics</subfield></datafield><datafield tag="653" ind1=" " ind2=" "><subfield code="a">channelrhodopsin</subfield></datafield><datafield tag="653" ind1=" " ind2=" "><subfield code="a">sodium pump</subfield></datafield><datafield tag="653" ind1=" " ind2=" "><subfield code="a">potassium selectivity</subfield></datafield><datafield tag="653" ind1=" " ind2=" "><subfield code="a">KCRs</subfield></datafield><datafield tag="655" ind1=" " ind2="7"><subfield code="0">(DE-588)4113937-9</subfield><subfield code="a">Hochschulschrift</subfield><subfield code="2">gnd-content</subfield></datafield><datafield tag="776" ind1="0" ind2="8"><subfield code="i">Erscheint auch als</subfield><subfield code="a">Schiewer, Enrico</subfield><subfield code="t">Structural determinants of potassium selectivity in engineered and natural KCRs</subfield><subfield code="n">Druck-Ausgabe</subfield></datafield><datafield tag="856" ind1="4" ind2="0"><subfield code="u">http://edoc.hu-berlin.de/18452/29801</subfield><subfield code="x">Verlag</subfield><subfield code="z">kostenfrei</subfield><subfield code="3">Volltext</subfield></datafield><datafield tag="883" ind1="0" ind2=" "><subfield code="8">1\p</subfield><subfield code="a">emakn</subfield><subfield code="c">0,05166</subfield><subfield code="d">20240807</subfield><subfield code="q">DE-101</subfield><subfield code="u">https://d-nb.info/provenance/plan#emakn</subfield></datafield><datafield tag="883" ind1="0" ind2=" "><subfield code="8">2\p</subfield><subfield code="a">emasg</subfield><subfield code="c">0,41734</subfield><subfield code="d">20240807</subfield><subfield code="q">DE-101</subfield><subfield code="u">https://d-nb.info/provenance/plan#emasg</subfield></datafield><datafield tag="883" ind1="0" ind2=" "><subfield code="8">3\p</subfield><subfield code="a">emagnd</subfield><subfield code="c">0,19650</subfield><subfield code="d">20240807</subfield><subfield code="q">DE-101</subfield><subfield code="u">https://d-nb.info/provenance/plan#emagnd</subfield></datafield><datafield tag="912" ind1=" " ind2=" "><subfield code="a">ebook</subfield></datafield><datafield tag="943" ind1="1" ind2=" "><subfield code="a">oai:aleph.bib-bvb.de:BVB01-035143397</subfield></datafield></record></collection> |
| genre | (DE-588)4113937-9 Hochschulschrift gnd-content |
| genre_facet | Hochschulschrift |
| id | DE-604.BV049802829 |
| illustrated | Not Illustrated |
| indexdate | 2024-10-04T08:01:14Z |
| institution | BVB |
| language | English |
| oai_aleph_id | oai:aleph.bib-bvb.de:BVB01-035143397 |
| oclc_num | 1450737690 |
| open_access_boolean | 1 |
| owner | DE-11 |
| owner_facet | DE-11 |
| physical | 1 Online-Ressource (XVIII, 225 Seiten) Illustrationen, Diagramme |
| psigel | ebook |
| publishDate | 2024 |
| publishDateSearch | 2024 |
| publishDateSort | 2024 |
| record_format | marc |
| spelling | Schiewer, Enrico 1978- Verfasser (DE-588)1012129020 aut Structural determinants of potassium selectivity in engineered and natural KCRs = Strukturelle Faktoren der Kaliumselektivität in artifiziellen und natürlichen KCRs von Enrico Schiewer Strukturelle Faktoren der Kaliumselektivität in artifiziellen und natürlichen KCRs Berlin [2024?] 1 Online-Ressource (XVIII, 225 Seiten) Illustrationen, Diagramme txt rdacontent c rdamedia cr rdacarrier Tag der mündlichen Prüfung: 29. Mai 2024 Der Text enthält eine Zusammenfassung in deutscher und englischer Sprache. Veröffentlichung der elektronischen Ressource auf dem edoc-Server der Humboldt-Universität zu Berlin: 2024 Dissertation Humboldt-Universität zu Berlin 2024 Mikrobielle Rhodopsine sind Membranproteine, die Lichtsensitivität mit sensorischer, enzymatischer oder ionenleitender Funktion in einem Protein vereinen. Ihre strukturelle Kompaktheit macht lichtgetriebene Ionenpumpen und lichtgesteuerte Kanalrhodopsine (ChRs) zu weit verbreiteten optogenetischen Werkzeugen in der biologischen Forschung. Die Entdeckung und Entwicklung weiterer Ionenselektivitäten eröffnet neue Möglichkeiten der optogenetischen Manipulation des Membranpotentials elektrogener Zellen wie Neuronen. Seit langem wird an lichtgesteuerten K+-selektiven Ionenkanälen geforscht, um biologisch kompatible inhibierende Proteine zu kreieren. Eine Punktmutation im Rhodopsin KR2, einer lichtgesteuerten Na+-Pumpe aus dem Meeresbakterium Dokdonia eikasta, induzierte K+-selektive Leckströme. In dieser Studie wurden die Limitationen dieser KR2-R109Q-Mutante mithilfe elektrophysiologischer Methoden experimentell charakterisiert, begleitet von computergestützten pKa-Vorhersagen und MD-Simulationen. Eine Mutationsstudie offenbarte die molekularen Ursachen für die nachteilige pH-Abhängigkeit und die verbleibende Na+-Pumpaktivität. Durch Kombination von Schlüsselmutationen im Extrazellularraum des Proteins konnten diese Einschränkungen reduziert werden und größere K+-Leitfähigkeit unter physiologischen Bedingungen erzielt werden. Währenddessen wurden die ersten K+-selektiven ChRs unter physiologischen Bedingungen entdeckt, die KCRs. HcKCR1 aus der stramenopilen Alge Hyphochytrium catenoides und Mutanten der Ionenleitpore wurden elektrisch charakterisiert, unterstützt durch strukturelle Vorhersagen. Ein neuartiger hydrophober Selektivitätsfilter wurde identifiziert und seine Konservierung in verwandten Stramenopilen-ChRs nachgewiesen. [...] Englische Version: Microbial rhodopsins are light-sensitive membrane proteins found in all domains of life. They combine photosensitivity with sensory, enzymatic or ion-translocating functions. Their structural simplicity makes light-driven ion pumps and light-gated channelrhodopsins (ChRs) valuable optogenetic tools for controlling cellular activity with light. Discovering and engineering new forms of ion selectivity expands possibilities for manipulating the membrane potential of electrogenic cells like neurons. Light-sensitive K+-selective ChRs have been highly anticipated as inhibitory optogenetic tools. A point mutation in the central gate of KR2, a light-driven Na+-pump rhodopsin from the marine bacterium Dokdonia eikasta, resulted in K+-selective leak photocurrents. This study experimentally characterized the main limitations of this KR2-R109Q variant using two-electrode and whole-cell voltage-clamp methods, supported by computational pKa prediction and classical MD simulations. An extensive mutational study revealed the molecular cause for the detrimental pH-sensitivity and residual Na+-pumping activity. Combining key mutations in the extracellular part of the protein reduced these limitations, yielding larger K+-selective photocurrents under physiological conditions. During this study, a novel ChR family with superior properties, Kalium ChRs (KCRs) was discovered, representing the first K+-selective ChRs under physiological conditions. HcKCR1 from the stramenopile alga Hyphochytrium catenoides and mutants of its putative ion conduction pore were electrically characterized in WCVC experiments, supported by structural predictions. A novel type of hydrophobic selectivity filter was identified and found to be conserved in related stramenopile ChRs. [...] 3\p Photorezeptor (DE-588)4045934-2 gnd Optogenetik Rhodopsin Elektrophysiologie Molekulardynamik Kanalrhodopsin Natriumpumpe KR2 Kaliumselektivität KCR Optogenetics electrophysiology molecular dynamics channelrhodopsin sodium pump potassium selectivity KCRs (DE-588)4113937-9 Hochschulschrift gnd-content Erscheint auch als Schiewer, Enrico Structural determinants of potassium selectivity in engineered and natural KCRs Druck-Ausgabe http://edoc.hu-berlin.de/18452/29801 Verlag kostenfrei Volltext 1\p emakn 0,05166 20240807 DE-101 https://d-nb.info/provenance/plan#emakn 2\p emasg 0,41734 20240807 DE-101 https://d-nb.info/provenance/plan#emasg 3\p emagnd 0,19650 20240807 DE-101 https://d-nb.info/provenance/plan#emagnd |
| spellingShingle | Schiewer, Enrico 1978- Structural determinants of potassium selectivity in engineered and natural KCRs = Strukturelle Faktoren der Kaliumselektivität in artifiziellen und natürlichen KCRs 3\p Photorezeptor (DE-588)4045934-2 gnd |
| subject_GND | (DE-588)4045934-2 (DE-588)4113937-9 |
| title | Structural determinants of potassium selectivity in engineered and natural KCRs = Strukturelle Faktoren der Kaliumselektivität in artifiziellen und natürlichen KCRs |
| title_alt | Strukturelle Faktoren der Kaliumselektivität in artifiziellen und natürlichen KCRs |
| title_auth | Structural determinants of potassium selectivity in engineered and natural KCRs = Strukturelle Faktoren der Kaliumselektivität in artifiziellen und natürlichen KCRs |
| title_exact_search | Structural determinants of potassium selectivity in engineered and natural KCRs = Strukturelle Faktoren der Kaliumselektivität in artifiziellen und natürlichen KCRs |
| title_full | Structural determinants of potassium selectivity in engineered and natural KCRs = Strukturelle Faktoren der Kaliumselektivität in artifiziellen und natürlichen KCRs von Enrico Schiewer |
| title_fullStr | Structural determinants of potassium selectivity in engineered and natural KCRs = Strukturelle Faktoren der Kaliumselektivität in artifiziellen und natürlichen KCRs von Enrico Schiewer |
| title_full_unstemmed | Structural determinants of potassium selectivity in engineered and natural KCRs = Strukturelle Faktoren der Kaliumselektivität in artifiziellen und natürlichen KCRs von Enrico Schiewer |
| title_short | Structural determinants of potassium selectivity in engineered and natural KCRs |
| title_sort | structural determinants of potassium selectivity in engineered and natural kcrs strukturelle faktoren der kaliumselektivitat in artifiziellen und naturlichen kcrs |
| title_sub | = Strukturelle Faktoren der Kaliumselektivität in artifiziellen und natürlichen KCRs |
| topic | 3\p Photorezeptor (DE-588)4045934-2 gnd |
| topic_facet | Photorezeptor Hochschulschrift |
| url | http://edoc.hu-berlin.de/18452/29801 |
| work_keys_str_mv | AT schiewerenrico structuraldeterminantsofpotassiumselectivityinengineeredandnaturalkcrsstrukturellefaktorenderkaliumselektivitatinartifiziellenundnaturlichenkcrs AT schiewerenrico strukturellefaktorenderkaliumselektivitatinartifiziellenundnaturlichenkcrs |