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 Wirt oder Gast? Proteomik gibt neue Aufschlüsse über Reaktion von Rifforganismen auf Umweltstress
23.02.2018 | Leibniz-Zentrum für Marine Tropenforschung (ZMT)

nachricht Wie Zellen unterschiedlich auf Stress reagieren
23.02.2018 | Max-Planck-Institut für molekulare Genetik

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: Vorstoß ins Innere der Atome

Mit Hilfe einer neuen Lasertechnologie haben es Physiker vom Labor für Attosekundenphysik der LMU und des MPQ geschafft, Attosekunden-Lichtblitze mit hoher Intensität und Photonenenergie zu produzieren. Damit konnten sie erstmals die Interaktion mehrere Photonen in einem Attosekundenpuls mit Elektronen aus einer inneren atomaren Schale beobachten konnten.

Wer die ultraschnelle Bewegung von Elektronen in inneren atomaren Schalen beobachten möchte, der benötigt ultrakurze und intensive Lichtblitze bei genügend...

Im Focus: Attoseconds break into atomic interior

A newly developed laser technology has enabled physicists in the Laboratory for Attosecond Physics (jointly run by LMU Munich and the Max Planck Institute of Quantum Optics) to generate attosecond bursts of high-energy photons of unprecedented intensity. This has made it possible to observe the interaction of multiple photons in a single such pulse with electrons in the inner orbital shell of an atom.

In order to observe the ultrafast electron motion in the inner shells of atoms with short light pulses, the pulses must not only be ultrashort, but very...

Im Focus: Good vibrations feel the force

Eine Gruppe von Forschern um Andrea Cavalleri am Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie (MPSD) in Hamburg hat eine Methode demonstriert, die es erlaubt die interatomaren Kräfte eines Festkörpers detailliert auszumessen. Ihr Artikel Probing the Interatomic Potential of Solids by Strong-Field Nonlinear Phononics, nun online in Nature veröffentlich, erläutert, wie Terahertz-Laserpulse die Atome eines Festkörpers zu extrem hohen Auslenkungen treiben können.

Die zeitaufgelöste Messung der sehr unkonventionellen atomaren Bewegungen, die einer Anregung mit extrem starken Lichtpulsen folgen, ermöglichte es der...

Im Focus: Good vibrations feel the force

A group of researchers led by Andrea Cavalleri at the Max Planck Institute for Structure and Dynamics of Matter (MPSD) in Hamburg has demonstrated a new method enabling precise measurements of the interatomic forces that hold crystalline solids together. The paper Probing the Interatomic Potential of Solids by Strong-Field Nonlinear Phononics, published online in Nature, explains how a terahertz-frequency laser pulse can drive very large deformations of the crystal.

By measuring the highly unusual atomic trajectories under extreme electromagnetic transients, the MPSD group could reconstruct how rigid the atomic bonds are...

Im Focus: Verlässliche Quantencomputer entwickeln

Internationalem Forschungsteam gelingt wichtiger Schritt auf dem Weg zur Lösung von Zertifizierungsproblemen

Quantencomputer sollen künftig algorithmische Probleme lösen, die selbst die größten klassischen Superrechner überfordern. Doch wie lässt sich prüfen, dass der...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Von festen Körpern und Philosophen

23.02.2018 | Veranstaltungen

Spannungsfeld Elektromobilität

23.02.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - April 2018

21.02.2018 | Veranstaltungen

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

Vorstoß ins Innere der Atome

23.02.2018 | Physik Astronomie

Wirt oder Gast? Proteomik gibt neue Aufschlüsse über Reaktion von Rifforganismen auf Umweltstress

23.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Wie Zellen unterschiedlich auf Stress reagieren

23.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

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