Ca2+ release-activated Ca2+ (CRAC) channels, indispensable for the immune system and various other human body functions, consist of two transmembrane (TM) proteins, the Ca2+-sensor STIM1 in the ER membrane and the Ca2+ ion channel Orai1 in the plasma membrane. Here we employ genetic code expansion in mammalian cell lines to incorporate the photocrosslinking unnatural amino acids (UAA), p-benzoyl-L-phenylalanine (Bpa) and p-azido-L-phenylalanine (Azi), into the Orai1 TM domains at different sites. Characterization of the respective UAA-containing Orai1 mutants using Ca2+ imaging and electrophysiology reveal that exposure to UV light triggers a range of effects depending on the UAA and its site of incorporation. In particular, photoactivation at A137 using Bpa in Orai1 activates Ca2+ currents that best match the biophysical properties of CRAC channels and are capable of triggering downstream signaling pathways such as nuclear factor of activated T-cells (NFAT) translocation into the nucleus without the need for the physiological activator STIM1.
ZusammenfassungLandwirtschaft führt zu einer Belastung von Bächen durch Nährsalze und Fäkalkeime. Das Ziel der Studie ist, das Potenzial von Ufergehölzen zu untersuchen, derartige Belastungen zu reduzieren und zu einer verbesserten Wasser- und Sedimentqualität zu gelangen. Wir analysierten, wie Ufergehölze die Sedimentstruktur, den Sauerstoffverbrauch, die Aufnahmekapazität für Phosphor und die Akkumulation von eingetragenen Fäkalkeimen beeinflussen. Dazu untersuchten wir die Wasser- und Sedimentqualität von 20 Bachabschnitten mit und ohne Ufergehölzen in landwirtschaftlichen Regionen in Niederösterreich. Die Proben wurden jeweils am Ende eines 1 km langen Abschnitts mit Ufergehölzstreifen sowie unmittelbar davor entnommen.Die Ergebnisse rangierten zwischen einer deutlichen Verbesserung der Sedimentqualität (reduzierte Feinsedimentanteile, geringerer Sauerstoffverbrauch) bis hin zu einer Verschlechterung. An sieben Bächen konnte eine verbesserte Aufnahmekapazität für Phosphor in den Abschnitten mit Ufergehölzen beobachtet werden. Auch Bäche mit geringen Keimzahlen im fließenden Wasser zeigten Akkumulationen von Fäkalkeimen in den Sedimenten. Gründe für eine fehlende Wirkung von Ufergehölzstreifen auf die Wasser- und Sedimentqualität waren zu kurze, lückenhafte Ufergehölzstreifen, konvergente Wasserpfade, die die Gehölzstreifen durchbrachen, oder eine zu hohe Belastung aus darüberlegenden Strecken. Das Projekt zeigt, dass Ufergehölzstreifen die Wasser- und Sedimentqualität von Bächen in landwirtschaftlichen Einzugsgebieten verbessern können, wenn deren Beschaffenheit und Länge den stofflichen Belastungen entsprechen.
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