Shahu, Manisha Kumari (2026) Activation mechanism of photoreceptor membrane-bound Guanylate Cyclase. PhD, Universität Oldenburg.

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Abstract

Photoreceptor guanylate cyclase-E (GC-E) is regulated by GCAP proteins that sense intracellular calcium changes and adjust cGMP synthesis during light adaptation. Mutations that disturb this regulatory loop can cause inherited retinal disease, yet the molecular steps that guide GC-E into its active state remain unclear. In this work I combined biochemical assays with computational modelling to examine the conformational changes underlying activation. The data argue against a helical rotation mechanism and instead support a swinging motion within the dimerization domain. The disease-linked GC-E variant V902L remains active without GCAP and shows Ca2+-dependent modulation consistent with a two-metal catalytic model. Mutational analysis at L804 reveals long-range allostery that subtly tunes catalytic output. Structural studies of zebrafish GCAP5 further illustrate how dimerization, metal sensitivity, and sequence variation contribute to the diversity of photoreceptor signaling mechanisms.

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Aktivierungsmechanismus der membrangebundenen photorezeptorischen Guanylatcyclase

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Die photorezeptorische Guanylatcyclase GC-E wird durch GCAP-Proteine reguliert, die auf Änderungen der intrazellulären Calciumkonzentration reagieren und die cGMP-Synthese während der Hell-Dunkel-Adaptation steuern. Mutationen, die diesen Regelkreis stören, können zu erblichen Netzhauterkrankungen führen, doch die molekularen Schritte, die GC-E in seinen aktiven Zustand überführen, bleiben unklar. In dieser Arbeit kombinierte ich biochemische Analysen mit computergestützten Modellierungen, um die Konformationsänderungen zu untersuchen. Die Daten sprechen gegen einen helikalen Rotationsmechanismus und unterstützen eine Schwenkbewegung in der Dimerisierungsdomäne. Die GC-E-Variante V902L bleibt ohne GCAP aktiv und zeigt Ca2+-abhängige Modulation nach einem Zwei-Metall-Katalysemodell. Mutationen an L804 verdeutlichen allosterische Effekte, während Untersuchungen zu GCAP5 zeigen, wie Dimerisierung, Metallempfindlichkeit und Sequenzvariation die Vielfalt photorezeptiver Signalwege beeinflussen.

Item Type:	Thesis (PhD)
Uncontrolled Keywords:	Guanylate Cyclase-E, GCAP, Photoreceptor, Retinal Disease, cGMP
Divisions:	Faculty of Medicine and Health Sciences > Department of Neuro Sciences
Date Deposited:	09 Feb 2026 08:40
Last Modified:	09 Feb 2026 08:40
URI:	https://oops.uni-oldenburg.de/id/eprint/7368
URN:	urn:nbn:de:gbv:715-oops-74496
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