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Moden des Chromophors im Dunkel- bzw. im Signalzustand konnten mit Hilfe von
Isotopomeren des FMNs zugeordnet werden. Die Bandenanalyse im S-H-
Streckschwingungsbereich belegt, dass das reaktive C-57 protoniert vorliegt bevor es mit dem
FMN-Chromophor zum Thio-Addukt reagiert. Darüberhinaus konnte zwei Konformere von C-
57 für LOV1 nachgewiesen werden, während in LOV2 nur ein Konformer vorliegt. Anhand der
LOV-Domäne von YtvA aus Bacillus subtilis konnten Strukturänderungen im nachfolgenden
Effektormolekül beobachtet werden, die durch Lichtanregung der LOV-Domäne induziert
wurden.
Bednarz et al. Photochem. Photobiol. Sci. 3, 575-579 (2004) .
• AppA besitzt eine schwache Flavin-Bindungstasche: Nach heterologer Expression der
BLUF (Blue-Light sensing Using Flavin)-Domäne von AppA, dem Transkriptions-Anti-
Repressor aus Rhodobacter sphaeroides, in E. coli, bildet sich das photoaktive Holo-Protein
durch nicht-kovalenten Einbau des Kofaktors Flavin. Obwohl üblicherweise angenommen
wird, dass unter in vivo-Bedingungen FAD der physiologische Chromophor ist, können in E.
coli, abhängig von den Wachstumsbedingungen, alle natürlich vorkommenden Flavine, wie
Riboflavin, FMN oder FAD, in diese Protein-Domäne eingebaut werden. Die aufgenommenen
FT-IR-Differenzspektren von AppA sind sich sehr ähnlich, was den Schluss nahe legt, dass
trotz der unterschiedlichen Flavine das Protein die gleichen molekularen Änderungen nach
Lichtanregung aufweist.
Laan et al. Photochem. Photobiol. Sci. 3, 1011-1016 (2004)
Die nachfolgenden Projekte sind methodische Entwicklungen, die von genereller Bedeutung für die
Erforschung von Protein-Protein-Wechselwirkungen sind.
• Protein/Protein-Wechselwirkung entlang einer festkörpergestützten Biomembran: Die
oberflächenverstärkte Infrarot-Differenzabsorptionsspektroskopie (engl. Surface Enhanced
Infrared Difference Absorption Spectroscopy, SEIDAS) wurde entwickelt. Damit konnte eine
Sensitivität erreicht werden, mit der die extrem kleinen Strukturänderungen einer
Proteinmonolage beobachtet werden können. Um Membranproteine an eine Goldoberfläche
zu heften, wurde eine neuartige Methode entwickelt, um diese orientiert in eine
festkörpergestützte Lipidschicht einzubauen. Die rekombinante Cytochrom-c-Oxidase wurde
gezielt auf eine Goldschicht aufgebracht, indem die Affinität des eingeführten His-tags für die
Ni-NTA (nickel nitrilo-triacetic acid)-modifizierte Goldoberfläche ausgenutzt wurde. Die
Detergenz-solubilisierte Proteinmonolage konnte direkt an der Festkörperoberfläche in eine
Lipidschicht rekonstituiert werden. Durch die hohe Oberflächensensitivität der SEIRAS-
Technik wurde jeder einzelne chemische Modifikationsprozess auf molekularer Ebene
verfolgt. Schliesslich konnte mit Hilfe verschiedener elektrochemischer und spektroskopischer
Techniken die Funktion der oberflächengebundenen Oxidase nachgewiesen werden, indem
der natürliche Elektronendonor Cytochrom-c an die Oxidase gebunden wurde.
Heberle and Ataka: J. Am. Chem. Soc. 126, 9445-9457 (2004)
Gieß et al. Biophys. J. 87, 3213-3220 (2004)
Friedrich et al. Chem. Comm. 21, 2376 –2377 (2004)
Ataka et al. J. Am. Chem. Soc. 126, 16199-16206 (2004)
Programmthema 2: Methoden zur Bildgebung im lebenden Gehirn
• Neuentwicklungen der Synchronisations- und Phase-Resetting-Tomographie und von
Stimulationstechniken: Diese Entwicklungen ermöglichen es, mittels der
Magnetenzephalographie Synchronisationsprozesse und komplexe, sonst nicht detektierbare
Reizantworten, mit hoher zeitlicher Auflösung anatomisch zu lokalisieren. Zudem ermöglicht
die Phase-Resetting-Tomographie eine verlässliche Abschätzung von Latenzen bei
rhythmischer Aktivität. Synchronisations- und Phase-Resetting-Tomographie wurden
erfolgreich zur Untersuchung der frühen visuellen Verarbeitung angewandt. Außerdem
wurden Verfahren zur desynchronisierenden, bedarfsgesteuerten Hirnstimulation entwickelt,
die durch Verwendung eines zeitverzögerten Mehrkanal-Feedbacks bzw. eines nichtlinearen
Feedbacks besonders effizient für die Behandlung transienter synchroner Epochen, z.B. bei
epileptischen Anfällen einsetzbar sind. Der Wirknachweis der desynchronisierenden
Tiefenstimulation ist in einer ersten intraoperativen Studie erbracht worden: Simulation mittels
koordinierten Resets führte zu einer deutlich besseren Tremorsuppression bei deutlich
vermindertem Stromverbrauch. Erste erfolgreiche Tests der modellbasierten visuellen
Stimulationstechniken zur Modulation rhythmischer Hirnaktivität wurden mittels unseres MEG-
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