Einleitung
Die Funktion und das Schicksal von Zellen wird durch eine Vielzahl von intrazellulären und extrazellulären Signalvorgängen kontrolliert. Entsprechend führen Fehler in der zellulären Signalverarbeitung zu chronischen und schweren Krankheiten. Die Funktionsweise von Signalwegen wird klassisch mittels „Loss-of-function(knock outs)- oder Gain-of-function-Experimenten“ untersucht. Hierdurch wurden die Komponenten sowie deren Interaktionen in vielen Signalwegen aufgeklärt. Diese Untersuchungen erlauben jedoch nur ansatzweise, die Dynamik von Signalprozessen zu verstehen. Molekulare Signalreaktionen finden auf der Zeitskala von Millisekunden statt, die Signalleitung innerhalb von Sekunden und Minuten, um schlussendlich biologische Funktionen und Entscheidungen zu steuern, welche die ganze Lebensspanne des Organismus beeinflussen können. Um zu untersuchen, wie biologische Signale über diese zeitlichen Skalen weitergeleitet und prozessiert werden und wie verschiedene, eventuell in Konflikt stehende Signale miteinander verarbeitet werden, sind Techniken notwendig, die molekulare Signalprozesse mit hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung steuern, sogenannte „Control-of-function-Ansätze“. Ein sehr gut geeigneter Stimulus, um molekulare Signalreaktionen in Mikrometer- und Millisekunden-Auflösung zu steuern, ist Licht. In den vergangenen zehn Jahren wurde eine Vielzahl von Techniken zur optischen Steuerung von molekularen Signalprozessen entwickelt. Diese Disziplin, molekulare Optogenetik genannt, beruht darauf, dass Signalmoleküle wie Rezeptoren, Kinasen, Enzyme oder Transkriptionsfaktoren funktional an pflanzliche oder bakterielle Photorezeptoren gekoppelt werden. Durch Beleuchtung kann nun in diesen Photorezeptoren eine Konformationsänderung induziert werden, wodurch die Aktivität des fusionierten Signalmoleküls beeinflusst oder die Interaktion mit einem weiteren Protein ausgelöst wird [1, 2]. Die stark ansteigende Zahl von Publikationen in diesem Feld zeigt eindrücklich, wie die molekulare Optogenetik immer stärkere Verbreitung findet (Abb. 1) [3].
