HCN4-Kanäle steuern die Frequenz des Herzschlags. Sie werden durch negative Spannung aktiviert und durch cAMP moduliert. Kürzlich wurde entdeckt, dass auch zyklische Dinukleotide an eine zweite Stelle im C-Terminus des Kanals binden können. Dies wirkt dem Effekt von cAMP auf die Aktivierung des Kanals entgegen. Eine bakterielle Cyclase, die c-di-GMP als Reaktion auf Rotlicht synthetisiert, ermöglicht die Entwicklung eines optogenetischen Systems zur ferngesteuerten HCN4-Modulation und damit zur Steuerung des Herzrhythmus. Zwei Proteine wurden verwendet: eine konstitutiv aktive (Slr1143) und eine rotlichtregulierte (BphS) Cyclase. Da letztere eine gewisse Dunkelaktivität aufweist, wird eine Phosphodiesterase (YhjH) koexprimiert. Aufzeichnungen über die HCN4-Aktivität in HEK293T-Zellen zeigen, dass Slr1143 die Spannungsabhängigkeit von HCN4 beeinflusst; Slr1143 verschiebt die Aktivierungskurve des Kanals relativ zur Kontrolle in Richtung negativer Membranspannungen. Experimente mit BphS zeigen keinen Unterschied in der HCN4-Aktivität zwischen Zellen, die im Hellen oder Dunklen inkubiert wurden. Die kombinierte BphS-YhjH-Expression schien nicht in der Lage zu sein, die c-di-GMP-Konzentration in einer lichtabhängigen Weise zu erhöhen. Um die Wirkung von Licht auf die c-di-GMP-Produktion zu untersuchen, haben wir die zyklische Dinukleotid-Konzentration mit einem etablierten ELISA-Assay in HEK293T-Zellen und mit einer Immunfluoreszenzmethode quantifiziert. Letztere bestand in der Überwachung der Expression von Interferon-β in BphS-YhjH exprimierenden T-Zellen. Zyklische Dinukleotide können den STING-Pfad aktivieren, der die Synthese von Interferon-β verstärkt. Beide Methoden zeigten, dass sowohl Slr1143 als auch das BphS-YhjH-System zu einer Erhöhung des zellulären c-di-GMP-Spiegels führen. Diese Aktivität war jedoch nicht durch Licht reguliert. Die Eliminierung von YhjH hatte keinen Einfluss auf das c-di-GMP-Level, was darauf hindeutet, dass die Phosphodiesterase nicht in der Lage ist, die Produktion von c-di-GMP im Dunklen zu unterbinden. Die Daten bestätigen die bisherigen Ergebnisse, dass c-di-GMP in der Lage ist, die HCN4-Aktivität zu modulieren. BphS ist aufgrund seiner hohen Dunkelaktivität noch nicht als optogenetisches Werkzeug geeignet. Um dieses Problem auf dem Weg zur Konstruktion eines funktionsfähigen optogenetischen Werkzeugs zu überwinden, muss die Expression/Aktivität der Phosphodiesterase erhöht werden.