Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Blinde Fliegen ohne Recycling: Wie Drosophila den Botenstoff Histamin wiederverwertet

13.03.2013
Neue Rätsel um die Funktion des Enzyms Black im Sehprozess

In der Taufliege Drosophila sind die Funktionen der drei Enzyme Tan, Ebony und Black eng verwoben – unter anderem sind sie am Botenstoff-Recycling für den Sehprozess beteiligt.


Zusammenspiel von Tan, Ebony und Black: Die Enzyme Tan (blau), Ebony (magenta) und Black (grün) im Gehirnschnitt von Drosophila. Die Photorezeptorzellen der Retina stellen das Enzym Tan her (blau, links oben). Von der Retina gelangt die Sehinformation in die sogenannten optischen Loben des Gehirns, die unter anderem aus Lamina und Medulla bestehen. Spezielle Gliazellen der Lamina (helle Struktur in der Mitte) und Medulla (Struktur rechts) produzieren die beiden Enzyme Ebony und Black. Die Forscher färbten die Enzyme mit Antikörpern an.

Abbildung: Anna Ziegler, RUB, Dissertation 2010


Drei Enzyme im Insektengehirn: Ein Querschnitt durch die Lamina, der ersten Verschaltungsstelle der Sehzellen von Drosophila, zeigt den Hauptfortsatz der Photorezeptoren umgeben von Gliazellen. Das Enzym Tan (blau) findet sich in den Photorezeptor-Fortsätzen, Ebony (magenta) und Black (grün) in den Gliazellen. Die Forscher färbten die Enzyme mit Antikörpern an.

Abbildung: Anna Ziegler, RUB, Dissertation 2010

RUB-Forscher aus der AG Molekulare Zellbiochemie zeigten erstmals, dass Fliegen ohne dieses Recycling nicht sehen können. Ihre Analyse des Enzyms Black gibt aber auch neue Rätsel um dessen Funktion auf. Anna Ziegler, Florian Brüsselbach und Prof. Dr. Bernhard Hovemann berichten in der Zeitschrift „Journal of Comparative Neurology“, das dem Thema die Titelgeschichte widmete.

Tan, Ebony und Black sind wichtig für den Sehprozess und die Bildung der Kutikula

Die Gene tan, ebony und black der Taufliege enthalten die Baupläne für drei gleichnamige Enzyme, die zusammenwirken, um die Außenhülle des Körpers, die Kutikula, zu bilden. Die gleichen Enzyme kommen aber auch im Facettenauge der Fliegen vor. Forscher gehen daher davon aus, dass Tan, Ebony und Black beim Sehen – ähnlich wie bei der Kutikulabildung – zusammenarbeiten. Tatsächlich bewirken Mutationen der ebony- und tan-Gene, dass die Fliegen nicht mehr richtig sehen. Eine Mutation des black-Gens hingegen hat keinen solchen Effekt. Das Team um Prof. Hovemann untersuchte, wo im Facettenauge das Enzym Black vorkommt und welche Rolle es beim Sehen spielt.

Black und Ebony treten immer zusammen auf

Zunächst testeten die Wissenschaftler, wo in den Facettenaugen der Taufliege und in ihren Extraaugen am Kopf, den Ocelli, die Gene ebony und black aktiv sind. Sie nahmen verschiedene Typen der lichtsensitiven Zellen, Photorezeptoren genannt, unter die Lupe. Das Ergebnis: Beide Gene werden stets gemeinsam abgelesen – genau wie in der Kutikula. Das legt nahe, dass die Funktionen der Enzyme Ebony und Black eng aneinander gekoppelt sind.

Sehen erfordert einen kontinuierlichen Fluss des Botenstoffs Histamin

Fällt Licht auf das Facettenauge, schütten die Photorezeptoren den Botenstoff Histamin aus. In früheren Studien zeigten die Bochumer Biochemiker bereits, dass Histamin recycelt wird – und zwar in den Gliazellen, die die Photorezeptoren umgeben. Dort inaktiviert das Enzym Ebony den Botenstoff Histamin, indem es ihn an die Aminosäure β-Alanin bindet. Dabei entsteht β-Alanyl-Histamin, das aus den Gliazellen zurück in die Photorezeptoren transportiert wird. Hier spaltet das Enzym Tan β-Alanin wieder ab; Histamin entsteht. Bislang ging man davon aus, dass das Enzym Black dafür verantwortlich ist, das β-Alanin zu produzieren, das für die Inaktivierung von Histamin nötig ist. Besitzt ein Fliegenauge jedoch kein funktionstüchtiges Black, läuft der Sehprozess trotzdem normal ab. Hovemanns Team ging deshalb der Frage nach, ob es einen anderen Nachschubweg für β-Alanin gibt. Sie testeten auch, ob das Fliegenauge das Histamin-Recycling umgehen kann, indem die Photorezeptoren den ausgeschütteten Botenstoff direkt wieder aufnehmen, ohne dass er in den Gliazellen inaktiviert wird.

Kein funktionstüchtiger Sehsinn ohne Histamin-Recycling

Die Forscher untersuchten Fliegen, die weder Histamin selbst herstellen, noch es recyceln konnten. Denn ihnen fehlte das Enzym für die Histamin-Synthese und das Enzym Ebony. Die Sehleistung der Fliegen maß das Team mit dem sogenannten Elektroretinogramm, das nicht nur die Erregung der Photorezeptorzellen anzeigt, sondern auch die Weiterleitung des Signals ins Gehirn. Auch wenn die Wissenschaftler Histamin von außen zugaben, waren die Fliegen blind. Mit diesem Test zeigten sie erstmals, dass Drosophila beim Sehen auf das Histamin-Recycling in den Gliazellen angewiesen ist. Ohne das Recycling-Enzym Ebony können die Zellen im Insektenauge nichts mit dem Botenstoff anfangen.

Fliegen sehen auch bei gestörter β-Alanin-Produktion

Zellen können β-Alanin nicht nur mit Hilfe des Enzyms Black herstellen, sondern auch, indem sie über andere Enzyme das Molekül Uracil in β-Alanin umbauen. Hovemanns Team inaktivierte beide Produktionswege für β-Alanin und testete erneut die Sehfähigkeit der Taufliegen. Laut Elektroretinogramm war der Sehsinn der Tiere mit der Doppelmutation nicht beeinträchtigt. „Die Ergebnisse scheinen einen Widerspruch darzustellen“, sagt Bernhard Hovemann. „Obwohl die Insektenaugen der Doppelmutante kein β-Alanin herstellen können, scheinen die Tiere ganz normal zu sehen. Gleichzeitig zeigen unsere Daten eindeutig, dass das Recycling durch Anheften von β-Alanin notwendig ist, damit die Tiere sehen können.“ Die Forscher vermuten, dass β-Alanin ebenfalls in einem Kreislauf zwischen Gliazellen und Photorezeptoren recycelt wird. Das Enzym Black sorge lediglich dafür, β-Alanin-Verluste auszugleichen. „Das würde erklären, warum sich bei Fliegen, die kein neues β-Alanin herstellen können, nicht unmittelbar Sehstörungen finden lassen“, so Hovemann. Dieses Rätsel werden aber erst weitere Studien lösen können.

Titelaufnahme

A.B. Ziegler, F. Brüsselbach, B.T. Hovemann (2013): Activity and coexpression of Drosophila black with ebony in fly optic lobes reveals putative cooperative tasks in vision that evade electroretinographic detection, Journal of Comparative Neurology, DOI: 10.1002/cne.23247

Weitere Informationen

Prof. Dr. Bernhard Hovemann, AG Molekulare Zellbiochemie, Fakultät für Chemie und Biochemie der Ruhr-Universität, 44780 Bochum, Tel. 0234/32-24235, E-Mail: Bernhard.Hovemann@rub.de

Angeklickt

Frühere Presseinformation: Histamin-Transporter in Gliazellen
http://www.pm.ruhr-uni-bochum.de/pm2008/msg00369.htm

Frühere Presseinformation: Histamin-Recycling
http://www.pm.ruhr-uni-bochum.de/pm2006/msg00423.htm

Frühere Presseinformation: Rolle von Tan
http://www.pm.ruhr-uni-bochum.de/pm2005/msg00375.htm

Cover-Illustration des Journal of Comparative Neurology
http://aktuell.ruhr-uni-bochum.de/pm2013/pm00078.html.de

Redaktion: Dr. Julia Weiler

Dr. Josef König | idw
Weitere Informationen:
http://www.ruhr-uni-bochum.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Genetische Vielfalt schützt vor Krankheiten
23.05.2018 | Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB)

nachricht Vielseitige Nanokugeln: Forscher bauen künstliche Zellkompartimente als molekulare Werkstatt
22.05.2018 | Technische Universität München

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: GRACE Follow-On erfolgreich gestartet: Das Satelliten-Tandem dokumentiert den globalen Wandel

Die Satellitenmission GRACE-FO ist gestartet. Am 22. Mai um 21.47 Uhr (MESZ) hoben die beiden Satelliten des GFZ und der NASA an Bord einer Falcon-9-Rakete von der Vandenberg Air Force Base (Kalifornien) ab und wurden in eine polare Umlaufbahn gebracht. Dort nehmen sie in den kommenden Monaten ihre endgültige Position ein. Die NASA meldete 30 Minuten später, dass der Kontakt zu den Satelliten in ihrem Zielorbit erfolgreich hergestellt wurde. GRACE Follow-On wird das Erdschwerefeld und dessen räumliche und zeitliche Variationen sehr genau vermessen. Sie ermöglicht damit präzise Aussagen zum globalen Wandel, insbesondere zu Änderungen im Wasserhaushalt, etwa dem Verlust von Eismassen.

Potsdam, 22. Mai 2018: Die deutsch-amerikanische Satellitenmission GRACE-FO (Gravity Recovery And Climate Experiment Follow On) ist erfolgreich gestartet. Am...

Im Focus: Faserlaser mit einstellbarer Wellenlänge

Faserlaser sind ein effizientes und robustes Werkzeug zum Schweißen und Schneiden von Metallen beispielsweise in der Automobilindustrie. Systeme bei denen die Wellenlänge des Laserlichts flexibel einstellbar ist, sind für spektroskopische Anwendungen und die Medizintechnik interessant. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien (Leibniz-IPHT) haben, im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Projekts „FlexTune“, ein neues Abstimmkonzept realisiert, das erstmals verschiedene Emissionswellenlängen voneinander unabhängig und zeitlich synchron erzeugt.

Faserlaser bieten im Vergleich zu herkömmlichen Lasern eine höhere Strahlqualität und Energieeffizienz. Integriert in einen vollständig faserbasierten...

Im Focus: LZH zeigt Lasermaterialbearbeitung von morgen auf der LASYS 2018

Auf der LASYS 2018 zeigt das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) vom 5. bis zum 7. Juni Prozesse für die Lasermaterialbearbeitung von morgen in Halle 4 an Stand 4E75. Mit gesprengten Bombenhüllen präsentiert das LZH in Stuttgart zudem erste Ergebnisse aus einem Forschungsprojekt zur zivilen Sicherheit.

Auf der diesjährigen LASYS stellt das LZH lichtbasierte Prozesse wie Schneiden, Schweißen, Abtragen und Strukturieren sowie die additive Fertigung für Metalle,...

Im Focus: Achema 2018: Neues Kamerasystem überwacht Destillation und hilft beim Energiesparen

Um chemische Gemische in ihre Einzelbestandteile aufzutrennen, ist in der Industrie die energieaufwendige Destillation gängig, etwa bei der Raffinerie von Rohöl. Forscher der Technischen Universität Kaiserslautern (TUK) entwickeln ein Kamerasystem, das diesen Prozess überwacht. Dabei misst es, ob es zu einer starken Tropfenbildung kommt, was sich negativ auf die Trennung der Komponenten auswirken kann. Die Technik könnte hier künftig automatisch gegensteuern, wenn sich Messwerte ändern. So ließe sich auch Energie einsparen. Auf der Prozesstechnik-Messe Achema in Frankfurt stellen sie die Technik vom 11. bis 15. Juni am Forschungsstand des Landes Rheinland-Pfalz (Halle 9.2, Stand A86a) vor.

Bei der Destillation werden Flüssigkeiten durch Verdampfen und darauffolgende Kondensation des Dampfes in ihre Bestandteile getrennt. Ein bekanntes Beispiel...

Im Focus: Vielseitige Nanokugeln: Forscher bauen künstliche Zellkompartimente als molekulare Werkstatt

Wie verleiht man Zellen neue Eigenschaften ohne ihren Stoffwechsel zu behindern? Ein Team der Technischen Universität München (TUM) und des Helmholtz Zentrums München veränderte Säugetierzellen so, dass sie künstliche Kompartimente bildeten, in denen räumlich abgesondert Reaktionen ablaufen konnten. Diese machten die Zellen tief im Gewebe sichtbar und mittels magnetischer Felder manipulierbar.

Prof. Gil Westmeyer, Professor für Molekulare Bildgebung an der TUM und Leiter einer Forschungsgruppe am Helmholtz Zentrum München, und sein Team haben dies...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

22. Business Forum Qualität: Vom Smart Device bis zum Digital Twin

22.05.2018 | Veranstaltungen

48V im Fokus!

21.05.2018 | Veranstaltungen

„Data Science“ – Theorie und Anwendung: Internationale Tagung unter Leitung der Uni Paderborn

18.05.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Wenn Korallen Plastik fressen

23.05.2018 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Ventile für winzige Teilchen

23.05.2018 | Materialwissenschaften

GRACE Follow-On erfolgreich gestartet: Das Satelliten-Tandem dokumentiert den globalen Wandel

23.05.2018 | Geowissenschaften

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics