Funktion entschlüsselt: Protein beeinflusst Wachstumsprozesse und hormonelle Signalübertragung

Die Arbeitsgruppe um Junior-Professor Dr. Mathias Beller vom Institut für Mathematische Modellierung Biologischer Systeme der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) hat die Funktion eines Proteins der Lipidspeichertröpfchen tierischer Zellen analysiert.

An Fruchtfliegen zeigten sie, dass es Wachstumsprozesse und deren Anpassung an Umweltbedingungen maßgeblich beeinflusst. Die Studienergebnisse veröffentlichten sie nun in der Fachzeitschrift Cell Reports.

Um das Jahr 2005 wurde ein Protein mit dem Namen CG9186 an Lipidspeichertröpfchen (kurz LD für „Lipid droplets“) der Fruchtfliege Drosophila melanogaster entdeckt. Lipide sind Fette und LDs ihre universellen Speicherorganellen.

Neben der Energieversorgung entdecken Forscher immer mehr zelluläre Prozesse, an denen diese noch beteiligt sind. Die mit den LDs assoziierten Proteine sind maßgeblich an der Regulation der Speicherung, Remobilisierung und Verwertung der Lipide beteiligt. Hierdurch stehen sie im Fokus aktueller Forschung.

Einen ersten Schritt in Richtung zur Charakterisierung der Funktionen des CG9186-Proteins machte die Gruppe um Mathias Beller im Jahr 2013, als sie das Drosophila-Protein und seine Verwandten aus Säugetieren in Zellkulturzellen untersuchten.

Doch welchen Zweck erfüllt die Proteinfamilie im Organismus? Da sich die mit CG9186 verwandten Proteine an den Fettspeicherorganellen befinden, ging man zunächst davon aus, dass sie eine Rolle im Stoffwechsel spielen. Studien anderer Arbeitsgruppen legten allerdings auch nahe, dass eine veränderte Menge des humanen Proteins an der Krebsentstehung beteiligt sein könnte.

Die Entschlüsselung der Proteinfunktion ist das Arbeitsfeld der Düsseldorfer Zellbiologen um Jun.-Prof. Dr. Mathias Beller, der die Arbeitsgruppe „Systembiologie des Fettstoffwechsels“ leitet. Besonders zielführend kann man Funktionen entschlüsseln, wenn man Organismen mit und ohne das betreffende Protein vergleicht.

Beller stellte mit seiner Arbeitsgruppe dazu mit Hilfe der CRISPR/Cas-Geneditierungsmethode Varianten der Fruchtfliege her, die das Protein nicht mehr enthielten (sogenannte Knockout-Varianten). Sie identifizierten anschließend zusammen mit Kollegen an der HHU Interaktionspartner des CG9186 Proteins.

Zusammen mit Kollegen der Universität Graz charakterisierten sie die Lipidzusammensetzung der LDs, bei denen CG9186 mutiert war. Darüber hinaus wurden verschiedene Stoffwechselparameter sowie das Wachstum und die Überlebensfähigkeit zwischen wildtypischen Fruchtfliegen und der mutanten Variante verglichen.

Die Düsseldorfer Forscherinnen und Forscher fanden Erstaunliches: Fehlt CG9186, so können die Fruchtfliegenlarven ihr Wachstum nicht mehr an das Nahrungsangebot anpassen. Wo normale Larven bei mangelhafter Versorgung langsamer wachsen, um mit den wenigen Ressourcen zu überleben, wachsen die Knockout-Larven nahezu unbeeinflusst weiter.

Die Biologen führen diese Störung darauf zurück, dass das fehlende Protein verschiedene hormonelle Signalwege inklusive des Insulin-Signalwegs beeinträchtigt.

Jun.-Prof. Beller zu den Perspektiven der Ergebnisse: „Spannend ist, dass ein LD-Protein an der hormonellen Regulation des Organismus beteiligt ist. Nun werden wir überprüfen, wieweit die Erkenntnisse des Tiermodells auch auf den Menschen übertragbar sind.“

M. Werthebach, F. A. Stewart, A. Gahlen, T. Mettler-Altmann, I. Akhtar, K. Maas-Enriquez, A. Droste, T. O. Eichmann, G. Poschmann, K. Stühler, M. Beller, Control of Drosophila growth and survival by the lipid droplet-associated protein CG9186/sturkopf, Cell Reports 26. 1-15, 26.03.2019

DOI: 10.1016/j.celrep.2019.02.110

http://dx.doi.org/10.1016/j.celrep.2019.02.110