Jahresbericht 2012 - Forschungszentrum caesar

ForschungsberichteDie supramolekulare Struktur vonRhodopsin in SehstäbchenMonika GunkelKontaktMonika GunkelForschungszentrum caesarAbteilung Molekulare NeurosensorikTelefon: (0228) 9656-342monika.gunkel@caesar.deDer Sehsinn ist für viele Tiere und für uns Menschen der wichtigsteSinn. Über die Augen nehmen wir Farben, Formen und Bewegungenwahr. Ein Schlüsselprotein ist der Sehfarbstoff Rhodopsin; esabsorbiert Licht, das auf die Sehzellen in der Netzhaut fällt. In derLiteratur gibt es seit vielen Jahren eine kontroverse Diskussionüber die supramolekulare Organisation von Rhodopsin. DieseKontroverse konnten wir mit Hilfe der Elektronentomografie klären.Viele Krankheiten, die Blindheit verursachen, sind auf Mutationenim Rhodopsin-Gen und daraus resultierender Degeneration derNetzhaut zurückzuführen. Vielleicht können unsere Erkenntnissezur Aufklärung einiger Ursachen für Blindheit beitragen.Der Sehprozess beginnt in Sehzellen der Netzhaut unserer Augen.Wir unterscheiden Sehstäbchen, die für das Sehen in der Dämmerungzuständig sind, und Zapfen, mit denen wir bei Tageslicht Farbenerkennen können. In unserer Forschung beschäftigen wir uns mit denSehstäbchen (Abbildung 1 a). Ein Sehstäbchen besteht aus einemInnen- und einem Außensegment. Das Innensegment enthält denZellkern, Mitochondrien und die Synapse, also die „Schnittstelle“ zumNervensystem. Im Außensegment befinden sich flache, übereinandergestapelte Membranscheibchen, sogenannte Disks. Jedes Disk besitzteine Einfaltung (Abbildung 1 a); die Einfaltungen benachbarter Diskssind zueinander ausgerichtet, manchmal über hunderte von Disks.Rhodopsin ist in der Disk-Membran eingelagert.Was passiert in den Sehstäbchen nach der Absorption eines Photons?Rhodopsin ändert seine Konformation. Dadurch aktiviert Rhodopsinca. 20 sogenannten Transducin-Moleküle, die zur Familie derG-Proteine gehören. Die Transducin-Moleküle wiederum aktivierenPhosphodiesterase-Moleküle, die ihrerseits tausende von zyklischenGuanosinmonophosphat-Molekülen (cGMP) hydrolysieren, also mitHilfe von Wasser spalten. Das cGMP-Molekül ist ein zellulärer Botenstoff,der Ionenkanäle öffnet, durch die Na + -Ionen in die Zelle fließen.Die Kaskade von Reaktionen bewirkt in kürzester Zeit eine enormeVerstärkung des Lichtsignals! Die Folge: Die cGMP-Konzentrationnimmt ab (Abbildung 1 b). Ist die cGMP-Konzentration gering, schließenJahresbericht 201211