Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Warum hellbraune Fliegen fehlsichtig sind

25.11.2005


Hellbraune Fliegen mit Sehfehler


Wildtypische Fliege (A) und die tan-Mutante mit deutlich hellerer Körperfärbung (B).


Nachweis des Proteins in den Photorezeptoren an Gewebeschnitten der Facettenaugen (A, B). Elektrophysiologische Antwort von normalen (C) und mutanten Fliegen (D) auf Lichtreize.


Enzym beeinflusst Reizwahrnehmung und Pigmentierung
RUB-Biochemiker berichten in PLoS



Warum Taufliegen mit einer bestimmten Pigmentierungsstörung nicht nur ungewöhnlich hellbraun sind, sondern auch Lichtreize nur eingeschränkt wahrnehmen können, fanden Biochemiker der Ruhr-Universität um Prof. Dr. Bernhard Hovemann (AG Molekulare Zellbiochemie) mit einem internationalen Forscherteam heraus: Den Tieren fehlt das Enyzm Tan. Es ist zum einen an der Bildung des Farbstoffs Melanin beteiligt, aber ermöglicht zum anderen auch das "Recycling" des Botenstoffs Histamin, der für die Weiterleitung optischer Reize von Bedeutung ist. Die Forscher konnten das Enzym identifizieren und charakterisieren und seine verschiedenen Rollen beschreiben. Darüber berichten sie in der aktuellen Ausgabe von PLoS Genetics.

Fliegen ohne Tan-Enzym: Hellbraun und fehlsichtig

Die Mutante "tan" der Taufliege (Drosophila melanogaster), der das Enzym Tan fehlt, wurde bereits Anfang des 20. Jahrhunderts entdeckt. Auffällig ist die hellbraune und somit namensgebende Färbung der Tiere. Fliegen mit dieser Pigmentierungsstörung zeigen gleichzeitig aber auch eine eingeschränkte Reaktion auf Lichtreize: "Normale Fliegen orientieren sich in der Natur immer zum Licht hin, während Tiere ohne Tan-Enzym in dieser Funktion eingeschränkt sind", erklärt Prof. Hovemann. Die genauen Zusammenhänge zwischen dem Enzym, der Körperpigmentierung und der Wahrnehmung von Lichtreizen konnten die Bochumer Forscher erstmals direkt nachweisen.

Vorstufe des Farbstoffs Melanin ...

Tan spielt in unterschiedlichen Vorgängen verschiedene Rollen: In der Kutikula der sich entwickelnden Körperhülle der Fliege reguliert das Protein die Dopamin-Konzentration. Dopamin wiederum wird zu dem dunklen Farbstoff Melanin umgewandelt, welcher an der Ausbildung der für normale Fliegen typischen dunklen Pigmentbereiche beteiligt ist. Die Mutante "tan", der das Enzym fehlt, ist deswegen heller als ihre Artgenossen.

... und Grundlage des Botenstoffs Histamin

Im Facettenauge von Drosophila ermöglicht Tan mit einer fast identischen chemischen Reaktion die Freisetzung von Histamin aus einem Vorläufermolekül. "Seine Funktion ist aber eine ganz andere: Histamin fungiert als Neurotransmitter, der als Reaktion auf Lichtreize aus der Umwelt von den Photorezeptorzellen im Auge als Botenstoff ausgeschüttet wird", so Prof. Hovemann. Da dieser Vorgang kontinuierlich und mit sehr hoher Geschwindigkeit abläuft, muss der Körper das Histamin "recyceln": Da es nach Gebrauch inaktiviert wird muss es anschließend wieder verfügbar gemacht werden. Die Inaktivierung durch eine chemische Modifikation geschieht durch das von der RUB-Arbeitsgruppe im Jahr 2003 charakterisierte Enzym "Ebony". Die Aufgabe des Tan-Enzyms liegt dem derzeitigen Modell nach in der Reaktivierung des Histamins durch die Abspaltung der von Ebony geleisteten Modifikation. So sorgt Tan dafür, dass das Histamin wieder zur Weiterleitung optischer Signale zur Verfügung steht. Fehlt das Enzym, ist zu wenig Botenstoff verfügbar und die Wahrnehmung daher gestört.

Welches Gen das Enzym verschlüsselt

Die Arbeitsgruppe konnte das Gen tan erstmals identifizieren. "Die biochemische Rolle des Proteins konnte zwar schon früh aus anderen Untersuchungen abgeleitet werden; von welchem konkreten Gen dieses Enzym verschlüsselt wird, war zuvor jedoch nicht bekannt", erklärt Prof. Hovemann. Zum Zuge kam hier eine Kombination aus genetischen Kreuzungsmethoden, elektrophysiologischen und molekularbiologischen Analysetechniken sowie der Nutzung der öffentlich zugänglichen, vollständigen Genomsequenz von Drosophila.

Kreislauf des Botenstoffs Histamin scheint geklärt

Im zweiten Teil der Arbeit gehen die Forscher auf die Rolle des Tan-Enzyms ein. Nach Isolierung des Proteins konnten sie seine chemische Aktivität untersuchen, indem sie die jeweiligen Vorstufen von Dopamin und Histamin in der vermuteten Reaktion zugaben. Auf chemisch-analytischem Wege konnten so die Endprodukte und damit auch die chemischen Fähigkeiten des Proteins nachgewiesen werden. Die physiologische Rolle von Tan im Kreislauf des Neurotransmitters Histamin lässt sich durch Tests der Wahrnehmung optischer Signale analysieren. "Dabei zeigte sich, dass die Sehfähigkeit von der vorhandenen Menge an Tan-Protein und damit von der Menge an zur Verfügung stehendem Neurotransmitter abhängt", so Prof. Hovemann. Die Ergebnisse schließen eine bisherige Lücke im Wissen über die Regulation der Pigmentierung und die optische Reizwahrnehmung bei Drosophila.

Titelaufnahme

True JR, Yeh SD, Hovemann BT, Kemme T, Meinertzhagen IA, et al. (2005): Drosophila tan Encodes a Novel Hydrolase Required in Pigmentation and Vision. PLoS Genet 1(5): e63

Weitere Informationen

Prof. Dr. Bernhard Hovemann, Fakultät für Chemie der Ruhr-Universität Bochum, 44780 Bochum, Tel. 0234/32-24235, NC 5/170, E-Mail: bernhard.hovemann@ruhr-uni-bochum.de, Internet: http://www.rub.de/ag-hovemann
Artkel im Netz: http://genetics.plosjournals.org/perlserv/?request=get-document&doi=10.1371/journal.pgen.0010063

Dr. Josef König | idw
Weitere Informationen:
http://www.rub.de/ag-hovemann
http://genetics.plosjournals.org/perlserv/?request=get-document&doi=10.1371/journal.pgen.0010063

Weitere Berichte zu: Botenstoff Drosophila Enzym Histamin Protein Tan-Enzym

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Sich vermehren oder sich nicht vermehren
22.03.2019 | Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik

nachricht Ketten aus Stickstoff direkt erzeugt
22.03.2019 | Julius-Maximilians-Universität Würzburg

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: Die Zähmung der Lichtschraube

Wissenschaftler vom DESY und MPSD erzeugen in Festkörpern hohe-Harmonische Lichtpulse mit geregeltem Polarisationszustand, indem sie sich die Kristallsymmetrie und attosekundenschnelle Elektronendynamik zunutze machen. Die neu etablierte Technik könnte faszinierende Anwendungen in der ultraschnellen Petahertz-Elektronik und in spektroskopischen Untersuchungen neuartiger Quantenmaterialien finden.

Der nichtlineare Prozess der Erzeugung hoher Harmonischer (HHG) in Gasen ist einer der Grundsteine der Attosekundenwissenschaft (eine Attosekunde ist ein...

Im Focus: The taming of the light screw

DESY and MPSD scientists create high-order harmonics from solids with controlled polarization states, taking advantage of both crystal symmetry and attosecond electronic dynamics. The newly demonstrated technique might find intriguing applications in petahertz electronics and for spectroscopic studies of novel quantum materials.

The nonlinear process of high-order harmonic generation (HHG) in gases is one of the cornerstones of attosecond science (an attosecond is a billionth of a...

Im Focus: Magnetische Mikroboote

Nano- und Mikrotechnologie sind nicht nur für medizinische Anwendungen wie in der Wirkstofffreisetzung vielversprechende Kandidaten, sondern auch für die Entwicklung kleiner Roboter oder flexibler integrierter Sensoren. Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung (MPI-P) haben mit einer neu entwickelten Methode magnetische Mikropartikel hergestellt, die den Weg für den Bau von Mikromotoren oder die Zielführung von Medikamenten im menschlichen Körper, wie z.B. zu einem Tumor, ebnen könnten. Die Herstellung solcher Strukturen sowie deren Bewegung kann einfach durch Magnetfelder gesteuert werden und findet daher Anwendung in einer Vielzahl von Bereichen.

Die magnetischen Eigenschaften eines Materials bestimmen, wie dieses Material auf das Vorhandensein eines Magnetfeldes reagiert. Eisenoxid ist der...

Im Focus: Magnetic micro-boats

Nano- and microtechnology are promising candidates not only for medical applications such as drug delivery but also for the creation of little robots or flexible integrated sensors. Scientists from the Max Planck Institute for Polymer Research (MPI-P) have created magnetic microparticles, with a newly developed method, that could pave the way for building micro-motors or guiding drugs in the human body to a target, like a tumor. The preparation of such structures as well as their remote-control can be regulated using magnetic fields and therefore can find application in an array of domains.

The magnetic properties of a material control how this material responds to the presence of a magnetic field. Iron oxide is the main component of rust but also...

Im Focus: Goldkugel im goldenen Käfig

„Goldenes Fulleren“: Liganden-geschützter Nanocluster aus 32 Goldatomen

Forschern ist es gelungen, eine winzige Struktur aus 32 Goldatomen zu synthetisieren. Dieser Nanocluster hat einen Kern aus 12 Goldatomen, der von einer Schale...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Größte nationale Tagung 2019 für Nuklearmedizin in Bremen

21.03.2019 | Veranstaltungen

6. Magdeburger Brand- und Explosionsschutztage vom 25. bis 26.3. 2019

21.03.2019 | Veranstaltungen

Teilchenphysik trifft Didaktik und künstliche Intelligenz in Aachen

20.03.2019 | Veranstaltungen

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

Die Zähmung der Lichtschraube

22.03.2019 | Physik Astronomie

Saarbrücker Forscher erleichtern durch Open Source-Software den Durchblick bei Massen-Sensordaten

22.03.2019 | HANNOVER MESSE

Ketten aus Stickstoff direkt erzeugt

22.03.2019 | Biowissenschaften Chemie

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