Photorezeptorzellen der Wirbeltiernetzhaut sind exquisite Lichtdetektoren. Mit der Registrierung einzelner Photonen erreichen sie die Grenze physikalischer Messbarkeit. Absorption von Licht und die ersten Schritte der Informationsverarbeitung in der Netzhaut erfolgen in den Außensegmenten der Photorezeptorzellen. Licht wird von dem Sehfarbstoff Rhodopsin (Stäbchen) absorbiert, dieser Vorgang triggert die Aktivierung einer nachgeschalteten Signalkaskade, die innerhalb von einigen hundert Millisekunden den Abbau des intrazellulären Botenstoffes cyclo GMP steuert (Abb. 1). Zeitlich etwas später verringert sich auch die zytoplasmatische Ca²⁺-Konzentration in der Zelle. Die Konzentration der beiden Botenstoffe cyclo GMP und Ca²⁺ sind durch mehrere Regelkreise fein aufeinander abgestimmt (Ca²⁺-Feedback, Abb. 2). Diese für die Zelle wichtigen Regulationsmechanismen werden durch neuronale Calcium-Bindungsproteine wie Recoverin und den GCAPs (guanylate cyclase-activating protein) oder durch ubiquitäre Calcium-Bindungsproteine wie Calmodulin oder S100 b gesteuert und moduliert. So wird die Lichtempfindlichkeit der Photorezeptorzellen (Adaptation) wesentlich über eine Änderung der intrazellulären Ca²⁺-Konzentration reguliert. Calcium-Bindungsproteine detektieren diese Änderung der zytoplasmatischen Ca²⁺-Konzentration und übertragen das Signal auf nachgeschaltete Zielproteine. Diese Vorgänge finden an der Oberfläche der in den Sehzellen vorhandenen Disk -oder Plasmamembran statt.

Die Arbeitsgruppe Biochemie versucht, die molekularen Mechanismen dieser Signalweiterleitung zu entschlüsseln und die physiologische Rolle von Calcium-Bindungsproteinen bei der Lichtadaptation aufzuklären. Im Vordergrund stehen dabei Untersuchungen über Protein-Protein-Wechselwirkungen und Struktur- /Funktionsbeziehungen retina-spezifischer Proteinkomplexe. Laufende Forschungsprogramme und geplante Forschungsziele sind in diesem Zusammenhang:

• Interaktionsstudien neuronaler Calcium-Sensoren (Recoverin, GCAPs) und ihrer Zielproteine (Rhodopsinkinase, membranständige Guanylatcyclasen) mit Hilfe von Oberflächen-Plasmon-Resonanz Spektroskopie, Fluoreszenzspektroskopie und isothermer Titrationskalorimetrie

• Strukturaufklärung von Recoverinmutanten und Proteinkomplexen

• Synthese und Durchmusterung von Peptidbibliotheken, um Interaktionsdomänen zu identifizieren

• Isolierung und proteinchemische Charakterisierung bisher unbekannter Photorezeptorproteine; zelluläre Lokalisation und Aufklärung ihrer Funktion bei der Lichtwahrnehmung