The search result changed since you submitted your search request. Documents might be displayed in a different sort order.
  • search hit 5 of 51
Back to Result List

Development and application of genetic networks for engineering photo-controlled proteins

Die Entwicklung und Anwendung von genetischen Netzwerken zur Konstruktion von licht-schaltbaren Proteinen

  • Light-switchable proteins are being used increasingly to understand and manipulate complex molecular systems. The success of this approach has fueled the development of tailored photo-switchable proteins, to enable targeted molecular events to be studied using light. The development of novel photo-switchable tools has to date largely relied on rational design. Complementing this approach with directed evolution would be expected to facilitate these efforts. Directed evolution, however, has been relatively infrequently used to develop photo-switchable proteins due to the challenge presented by high-throughput evaluation of switchable protein activity. This thesis describes the development of two genetic circuits that can be used to evaluate libraries of switchable proteins, enabling optimization of both the on- and off-states. A screening system is described, which permits detection of DNA-binding activity based on conditional expression of a fluorescent protein. In addition, a tunable selection system is presented, which allows forLight-switchable proteins are being used increasingly to understand and manipulate complex molecular systems. The success of this approach has fueled the development of tailored photo-switchable proteins, to enable targeted molecular events to be studied using light. The development of novel photo-switchable tools has to date largely relied on rational design. Complementing this approach with directed evolution would be expected to facilitate these efforts. Directed evolution, however, has been relatively infrequently used to develop photo-switchable proteins due to the challenge presented by high-throughput evaluation of switchable protein activity. This thesis describes the development of two genetic circuits that can be used to evaluate libraries of switchable proteins, enabling optimization of both the on- and off-states. A screening system is described, which permits detection of DNA-binding activity based on conditional expression of a fluorescent protein. In addition, a tunable selection system is presented, which allows for the targeted selection of protein-protein interactions of a desired affinity range. This thesis additionally describes the development and characterization of a synthetic protein that was designed to investigate chromophore reconstitution in photoactive yellow protein (PYP), a promising scaffold for engineering photo-controlled protein tools.show moreshow less
  • Licht ist eins der wichtigsten Impulse für Lebewesen, denn es dient Energie- und Informationsquelle. Folglich haben Organismen verschiedene Mechanismen entwickelt, um Licht wahrzunehmen und darauf zu reagieren. Pflanzen zum Beispiel haben Proteine, die auf Licht reagieren und dabei einen Prozess auslösen, der dazu führt, dass die Pflanze in Richtung der Sonne wächst. Es wurde Anfang 2000 gezeigt, dass solche licht-reagierende Proteine als wertvolle molekulare Werkzeuge in der Biotechnologie benutzt werden können. Wenn man Licht benutzten kann, um einen molekularen Prozess zu aktivieren (beziehungsweise zu inaktivieren), kann dessen Prozess mit sehr genauer Kontrolle untersucht werden. Manche natürlich vorhandene licht-reagierende Proteine können direkt als licht-schaltbare Werkzeuge benutzt werden, aber häufig müssen solche Proteine geändert werden, um ihre Funktion anzupassen. Eine sehr erfolgreiche Herangehensweise, um die Funktion eines Proteins zu ändern, ist die Herstellung und anschließende Auswertung von Protein-Bibliotheken.Licht ist eins der wichtigsten Impulse für Lebewesen, denn es dient Energie- und Informationsquelle. Folglich haben Organismen verschiedene Mechanismen entwickelt, um Licht wahrzunehmen und darauf zu reagieren. Pflanzen zum Beispiel haben Proteine, die auf Licht reagieren und dabei einen Prozess auslösen, der dazu führt, dass die Pflanze in Richtung der Sonne wächst. Es wurde Anfang 2000 gezeigt, dass solche licht-reagierende Proteine als wertvolle molekulare Werkzeuge in der Biotechnologie benutzt werden können. Wenn man Licht benutzten kann, um einen molekularen Prozess zu aktivieren (beziehungsweise zu inaktivieren), kann dessen Prozess mit sehr genauer Kontrolle untersucht werden. Manche natürlich vorhandene licht-reagierende Proteine können direkt als licht-schaltbare Werkzeuge benutzt werden, aber häufig müssen solche Proteine geändert werden, um ihre Funktion anzupassen. Eine sehr erfolgreiche Herangehensweise, um die Funktion eines Proteins zu ändern, ist die Herstellung und anschließende Auswertung von Protein-Bibliotheken. Diese Methode nennt sich gerichtete Evolution (engl.: directed evolution). Eine Protein-Bibliothek wird durch die ungezielte Einführung von Mutationen im Gen eines Proteins hergestellt. Die daraus entstandene Sammlung von Proteinen (in der Regel Millionen oder Milliarden) wird danach ausgewertet, um verbesserte Mutanten des Proteins zu identifizieren. Die Auswertung erfolgt mithilfe eines Hochdurchsatz-Screening- oder Selektionssystems. Ein solches System ermöglicht es, Zellen mit Proteinen, die eine gewünschte Funktion trägen, zu identifizieren. Die Entwicklung und Optimierung von licht-schaltbaren Proteinen stellt eine besondere Herausforderung dar; die Aktivität des Proteins muss in einem Zustand (zum Beispiel unter Licht) verbessert werden und im entgegengesetzten Zustand (Dunkelheit) verhindert werden. Darüber hinaus mangelt es an Methoden, die die Hochdurchsatz-Auswertung von schaltbaren Proteinfunktion ermöglichen, welches die Anwendung von gerichteter Evolution verhindert. Das Forschungsgebiet der licht-schaltbaren Proteine würde von der Entwicklung von Systemen profitieren, die die Hochdurchsatz-Auswertung von schaltbaren Proteinfunktion ermöglicht. Diese Dissertation beschreibt die Entwicklung und Optimierung von zwei Systemen, die die Hochdurchsatz-Auswertung von schaltbaren Proteinfunktion ermöglicht. Das erste System verbindet die Produktion eines fluoreszierenden Proteins mit der Aktivität eines licht-schaltbaren Proteins, sodass Information über die Aktivität des Proteins erhalten wird. Das zweite System ermöglicht die Selektion von Protein-Protein-Interaktionen mit gezielter Affinität. Diese Dissertation beschreibt zusätzlich die Untersuchung vom licht-reagierenden Protein Photoactive Yellow Protein (PYP). Auf Grund der großen licht-induzierten strukturellen Veränderungen, ist PYP ein nützliches Proteingerüst zur Entwicklung von licht-schaltbaren Proteinen. In dieser Arbeit wurde die enzymatische Synthese vom PYP Chromophormolekül optimiert. Darüber hinaus wurde die Wiederherstellung von PYP-basierten synthetischen Proteinen zum ersten Mal mit enzymatisch-produziertem Chromophor gezeigt.show moreshow less

Download full text files

Export metadata

Metadaten
Author:Katherine BrechunORCiD
URN:urn:nbn:de:kobv:517-opus4-430924
DOI:https://doi.org/10.25932/publishup-43092
Advisor:Andrew Woolley, Katja Arndt
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Year of Completion:2019
Publishing Institution:Universität Potsdam
Granting Institution:Universität Potsdam
Date of final exam:2019/06/07
Release Date:2019/08/08
Tag:Protein-Engineering; genetische Netzwerke; licht-schaltbare Proteine
genetic circuits; photoactive proteins; photoactive yellow protein (PYP); protein engineering
Pagenumber:xxiv, 195
Organizational units:Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät / Institut für Biochemie und Biologie
Licence (German):License LogoKeine Nutzungslizenz vergeben - es gilt das deutsche Urheberrecht