Plattform 1

Optogenetische
Aktuatoren

Die Opsin-Engineering-Plattform wird Genom-Mining und Protein-Engineering mit automatisierten Plasmamembranexpressions-Screenings und automatisierten Photostrommessungen kombinieren, um optogenetische Aktuatoren (Kanalrhodopsine, ChRs) für optogenetische Therapien zu entwickeln. Darüber hinaus wird der unter standardisierten Bedingungen gesammelte umfangreiche Datensatz perspektivisch die weitestgehende Aufklärung der Kanalrhodopsin-Fitnesslandschaft ermöglichen und somit als Grundlage für Daten-basierte Protein-Engineering-Ansätze dienen, die im Zusammenspiel mit Struktur-basierten Ansätzen die Entwicklung der nächsten Generation optogenetischer Aktuatoren vorantreiben werden.

Abbildung: Opsin-Engineering-Plattform (P1). Die Opsin-Engineering-Plattform (P1) wird in enger Zusammenarbeit mit allen Light2Treet-Plattformen und -Teams Kanalrhodopsine entwickeln, die ein vorteilhaftes Risikoprofil mit maximaler Effizienz verbinden. Dazu werden wir Plasmamembran-lokalisierte, hypoimmunogene Kanalrhodopsine mit einem rotverschobenen Aktionsspektrum und geeigneter Kinetik entwickeln. (A-B) Entwicklung der nächsten Generation optogenetischer Aktuatoren mit Hilfe von Genom-Mining und Protein-Engineering. (A) Identifizierung potentiell geeigneter Kanalrhodopsine mit Hilfe einer phylogenetischen Analyse. (B) Struktur-basiertes Protein-Engineering unter Verwendung von hochaufgelösten Strukturen (ChR2-Struktur, PDB ID: 6EID), 3D-Modellen (AlphaFold, DeepMind) und Kryo-EM-Analysen (Titan Krios G4, Kryo-EM-Plattform der Universität Göttingen). (C-D) Die Anwendung automatisierter Verfahren ermöglicht die Untersuchung einer Vielzahl von natürlichen und durch Mutagenese optimierten Kanalrhodopsinen. Die Kanalrhodopsinanalyse-Pipeline basiert auf (C) einem automatisierten Spinning-Disk-Konfokal-Mikroskop (CQ1, Yokogawa) für Kanalrhodopsin-Plasmamembranexpressions-Screenings und einem Patch-Clamp Roboter (Opto-SyncroPatch 384, Nanion) für automatisierte Photostrommessungen. (E) Exemplarische ChReef-Photostrommessung am Opto-SyncroPatch 384.