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Donnerstag, 30.03.2017
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Recycling hält Fliegen-Augen fit

Enzym reaktiviert den wichtigen Botenstoff Histamin direkt vor Ort im Facettenauge

Das Facettenauge der Taufliege kann auch geringe Veränderungen der Lichtintensität durch die ununterbrochene Ausschüttung des Botenstoffs Histamin blitzschnell wahrnehmen. Doch wie schaffen es die Fliegen, die notwendige Zufuhr von Histamin ohne eine „kostspielige“ Neubildung aufrecht zu erhalten? Eine zentrale Rolle spielt anscheinend das Recycling des Botenstoffes, wie ein internationales Forscherteam im Journal of Comparative Neurology berichtet. Sie konnten nachweisen, dass das Histamin nach dem Signaltransfer durch das Enzym Tan direkt vor Ort in den Photorezeptorzellen des Auges wieder reaktiviert wird.
Enzyme im Facettenauge

Enzyme im Facettenauge

Die beiden Enzyme Tan und Ebony, das die Biochemiker der Ruhr-Universität im Jahr 2003 erstmals charakterisiert haben, sind bei der Taufliege in verschiedenen Rollen aktiv. Sie spielen sowohl bei der Bildung der Kutikula der Fliegen mit als auch bei der Signalübertragung des Sehsystems. Im Facettenauge mit seinen rund 800 Einzelaugen wird der Botenstoff Histamin unentwegt ausgeschüttet. Doch wie alle Neurotransmitter ist auch Histamin nur kurzzeitig aktiv: Das Enzym Ebony inaktiviert Histamin durch Umwandlung in Beta-Alanyl-Histamin.

Diese Inaktivierung geschieht in den so genannten Gliazellen, die den Photorezeptorzellen im Fliegenauge benachbart sind. Aufgabe des Enzyms Tan ist es dann, das Anhängsel Beta-Alanin wieder abzuspalten und so den Neurotransmitter Histamin zu reaktivieren. Die Forscher um Professor Bernhard Hovemann von der AG Molekulare Zellbiochemie konnten jetzt zeigen, dass der Recyclingprozess durch Tan direkt in den Photorezeptorzellen geschieht, wo Histamin dann erneut zur Ausschüttung zur Verfügung steht.

Die Arbeitsplätze der Enzyme


„Die zelluläre und subzelluläre Lokalisierung des Tan-Enzyms ist entscheidend für das Verständnis des Wegs, den der notwendige Histamin-Recycling-Prozess im Auge einschlägt“, erklärt Hovemann die Bedeutung der Ergebnisse. „Mit der Klärung dieser Frage konnten wir das Verständnis des Transmitter-Kreislaufs einen entscheidenden Schritt voran bringen.“ Die Forscher zeigten, dass Tan ausschließlich in den acht neuronalen Photorezeptorzellen auftritt, das heißt getrennt, aber direkt benachbart zum Gegenspieler Ebony. Die direkte räumliche Nähe von Tan und Ebony zeigt sich in den so genannten Lamina Cartridges, in denen jeweils drei Gliazellen die Fortsätze (Axone) der Photorezeptorzellen 1 bis 6 umhüllen. Ebony wird hier ausschließlich in Gliazellen exprimiert, während Tan nur in den neuronalen Photorezeptorzellen auftritt. Dieselbe Aufteilung fanden die Forscher in der Medulla, neben der Lamina das zweite optische Verschaltungszentrum, wo in der Aufnahme die axonalen Endigungen der Photorezeptorzellen 7 und 8 mit Tan-Signalen Seite an Seite mit den Ebony-Signalen der Gliazellen auftreten.


Verwandtschaft mit Pilzenzymen


Der Aufbau von Tan, das heißt die Abfolge der Aminosäuren, zeigt überraschenderweise eine enge Verwandtschaft mit einem Enzym der Penicillin-Synthese (Isopenicillin-N N-Acyltransferase (IAT) aus Penicillium chrysogenum) aus der Familie der Cystein Peptidasen. Das Team um Hovemann fand heraus, dass sich Tan wie IAT erst durch eine „Selbstspaltung“ (autoproteolytischer Schritt) aktivieren muss. „Da IAT verschiedene Reaktionen katalysieren kann, können wir zusätzliche Aktivitäten von Tan im Insektenauge noch nicht ausschließen“, so Hovemann.
(idw - Ruhr-Universität Bochum, 15.12.2006 - AHE)
 
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