Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Feindabwehr mit Sauerstoffradikalen: Auf zwei Wegen aktiviert das pflanzliche Immunsystem beim Angriff Oxidasen

08.04.2014

Pflanzen wehren sich gegen Pathogene mit der Produktion von reaktiven Sauerstoffspezies (ROS), die schädlich für das Wachstum von Mikroben sind. Wie genau die Bildung von ROS ausgelöst wird, ist aber noch unklar. Forscher haben jetzt einen zweiten Aktivierungsmechanismus entdeckt.

Wasserstoffperoxid spielt eine wichtige Rolle bei der Verteidigung gegen Krankheitserreger. Die Makrophagen des menschlichen Immunsystems produzieren das Molekül mit Hilfe der Enzymfamilie NADPH-Oxidasen, um damit Viren und Bakterien den Garaus zu machen. Auch Pflanzenzellen greifen auf diese Strategie zurück. Da Pflanzen aber keinen Blutkreislauf und keine spezialisierten Immunzellen haben, muss jede einzelne Pflanzenzelle ihre eigenen NDAHP-Oxidasen bei Angriff anschalten können.


Das Immunsystem von Pflanzen ist bisher nur wenig erforscht. Wir wissen etwa zehn Prozent von dem, was beim Menschen bekannt ist. (Quelle: © iStock.com/Whiteway)

Forscher haben jetzt an der Modellpflanze Arabidopsis thaliana herausgefunden, dass die pflanzliche NAPDH-Oxidase RbohD auf zwei verschiedenen Wegen aktiviert wird. „Dieser doppelte Aktivierungsmechanismus könnte eine Sicherheitsmaßnahme dafür darstellen, dass die gefährlichen reaktiven Sauerstoffspezies wirklich nur zum richtigen Zeitpunkt hergestellt werden.

Die Immunantwort soll schließlich nur aktiviert werden, wenn auch ein Pathogenangriff stattgefunden hat“, erklärt Tina Romeis, Professorin für Biologie an der FU Berlin. Nämlich genau dann, wenn die Pflanzenzelle verräterische Proteinstrukturen der angreifenden Pilze, Bakterien oder anderer Pathogene erkennt.

Zwei Enzyme mit dem gleichen Ziel

Erkennen Pflanzenzellen fremde Proteine, strömt Calcium in die Zellen. Romeis hatte bereits im vergangenen Jahr herausgefunden, dass dann die calciumabhängige Proteinkinase 5 (CPK5) durch Phosphorylierung das Enzym RbohD aktiviert. Phosphorylierungen, also das Anhängen einer Phosphatgruppe an ein Protein, schalten bestimmte Enzymfunktionen an oder ab und dienen außerdem zur Signalweiterleitung. CPK5 sorgt dafür, dass RbohD an vier Stellen Phosphatgruppen erhält. In der Sprache der Biochemiker heißen sie S39, S148, S163 und S347.

In zwei neuen Studien präsentieren Wissenschaftler jetzt Hinweise darauf, dass es auch einen calciumunabhängigen Weg zur Phosphorylierung von RbohD gibt. Verantwortlich dafür ist das Enzym BIK1. Der Knackpunkt dabei: BIK1 scheint  auch die Position S39 zu phosphorylieren, die Romeis bereits als Ziel von CPK5 identifiziert hatte.

„Das ist das Spannende an den Ergebnissen, dass sie noch einen anderen Typ von Kinase identifiziert haben“, sagt Romeis. „Unsere Daten haben bereits darauf hingedeutet, dass das Enzym durch verschiedene Kinasen phosphoryliert werden muss. Gerade die Phosphorylierung S39 scheint dabei jetzt einen Schlüssel zur schnellen lokalen Aktivierung aber auch zur Weiterleitung des Immunsignals in der gesamten Pflanze darzustellen, welches es unbedingt genauer zu untersuchen gilt.“ Die Wissenschaftler schlagen vor, dass der calciumunabhängige Signalweg mit BIK1 als Vorbereitung für die Phosphorylierung durch CPK5 oder weitere calciumabhängige Kinasen dient. Diese Erklärung ist schlüssig, denn ganz ohne Calcium geht es im Endeffekt nicht. „Die Produktion von reaktiven Sauerstoffspezies ist immer noch calciumabhängig.“

Ohne Calcium werden im Endeffekt keine ROS produziert

Ohnehin ist bei Pflanzen nicht genau geklärt, wie das Calcium in die Zellen strömt. „Es ist verrückt, wir kennen das gesamte Genom von Arabidopsis, aber die Kanäle wurden immer noch nicht gefunden“, so Romeis. Es gibt inzwischen ein paar heiße Kandidaten, aber keine publizierten Ergebnisse. Genau wie die Produktion von reaktiven Sauerstoffspezies ist auch der Einstrom von Calcium in die Zelle ein evolutionär sehr alter Verteidigungsmechanismus, der sich bei Tieren und Pflanzen findet.

Doch das Immunsystem von Pflanzen funktioniert ganz anders als unser eigenes und ist auch vergleichsweise wenig erforscht. „Wir wissen etwa zehn Prozent von dem, was beim Menschen bekannt ist“, sagt Romeis.

Reaktive Sauerstoffspezies oder auch Sauerstoffradikale sind zerstörerische Moleküle, die DNA oder Proteine schädigen können. Darüber hinaus haben sie durchaus nützliche Wirkungen. Der Mensch macht sich zum Beispiel Wasserstoffperoxid (H2O2) beim Bleichen von Zellstoff oder Baumwolle zu nutze. Auch in Frisörsalons oder Zahnarztpraxen kommt es immer dann zum Einsatz, wenn etwas weißer werden soll. Wenn Zellen plötzlich zahlreiche dieser reaktiven Sauerstoffspezies herstellen, sprechen Wissenschaftler auch von einem oxidativen Ausbruch (engl. respiratory burst). Daher hat auch RbohD seinen Namen: Respiratory Burst Oxidase Homolog D.

| Pflanzenforschung.de
Weitere Informationen:
http://www.Pflanzenforschung.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Pfeilgiftfrösche machen auf „Kommando“ Brutpflege für fremde Kaulquappen
20.09.2017 | Veterinärmedizinische Universität Wien

nachricht Molekulare Kraftmesser
20.09.2017 | Max-Planck-Institut für Biochemie

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: Tiny lasers from a gallery of whispers

New technique promises tunable laser devices

Whispering gallery mode (WGM) resonators are used to make tiny micro-lasers, sensors, switches, routers and other devices. These tiny structures rely on a...

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Im Focus: Hochautomatisiertes Fahren bei Schnee und Regen: Robuste Warnehmung dank intelligentem Sensormix

Schlechte Sichtverhältnisse bei Regen oder Schnellfall sind für Menschen und hochautomatisierte Fahrzeuge eine große Herausforderung. Im europäischen Projekt RobustSENSE haben die Forscher von Fraunhofer FOKUS mit 14 Partnern, darunter die Daimler AG und die Robert Bosch GmbH, in den vergangenen zwei Jahren eine Softwareplattform entwickelt, auf der verschiedene Sensordaten von Kamera, Laser, Radar und weitere Informationen wie Wetterdaten kombiniert werden. Ziel ist, eine robuste und zuverlässige Wahrnehmung der Straßensituation unabhängig von der Komplexität und der Sichtverhältnisse zu gewährleisten. Nach der virtuellen Erprobung des Systems erfolgt nun der Praxistest, unter anderem auf dem Berliner Testfeld für hochautomatisiertes Fahren.

Starker Schneefall, ein Ball rollt auf die Fahrbahn: Selbst ein Mensch kann mitunter nicht schnell genug erkennen, ob dies ein gefährlicher Gegenstand oder...

Im Focus: Ultrakurze Momentaufnahmen der Dynamik von Elektronen in Festkörpern

Mit Hilfe ultrakurzer Laser- und Röntgenblitze haben Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik (Garching bei München) Schnappschüsse der bislang kürzesten Bewegung von Elektronen in Festkörpern gemacht. Die Bewegung hielt 750 Attosekunden lang an, bevor sie abklang. Damit stellten die Wissenschaftler einen neuen Rekord auf, ultrakurze Prozesse innerhalb von Festkörpern aufzuzeichnen.

Wenn Röntgenstrahlen auf Festkörpermaterialien oder große Moleküle treffen, wird ein Elektron von seinem angestammten Platz in der Nähe des Atomkerns...

Im Focus: Ultrafast snapshots of relaxing electrons in solids

Using ultrafast flashes of laser and x-ray radiation, scientists at the Max Planck Institute of Quantum Optics (Garching, Germany) took snapshots of the briefest electron motion inside a solid material to date. The electron motion lasted only 750 billionths of the billionth of a second before it fainted, setting a new record of human capability to capture ultrafast processes inside solids!

When x-rays shine onto solid materials or large molecules, an electron is pushed away from its original place near the nucleus of the atom, leaving a hole...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Höher - schneller - weiter: Der Faktor Mensch in der Luftfahrt

20.09.2017 | Veranstaltungen

Wälder unter Druck: Internationale Tagung zur Rolle von Wäldern in der Landschaft an der Uni Halle

20.09.2017 | Veranstaltungen

7000 Teilnehmer erwartet: 69. Urologen-Kongress startet heute in Dresden

20.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Drohnen sehen auch im Dunkeln

20.09.2017 | Informationstechnologie

Pfeilgiftfrösche machen auf „Kommando“ Brutpflege für fremde Kaulquappen

20.09.2017 | Biowissenschaften Chemie

Frühwarnsystem für gefährliche Gase: TUHH-Forscher erreichen Meilenstein

20.09.2017 | Energie und Elektrotechnik