Topologie und Regulation der Manduca sexta V-ATPase
Die V-ATPase im Mitteldarm der Tabakschwärmerraupen von Manduca sexta besteht aus zwölf Untereinheiten, von denen vier den membranständigen Vo- und acht den cytosolischen V1-Komplex bilden. Das Enzym energetisiert unter ATP-Verbrauch eine Protonentranslokation über die Gobletzellapikalmembran, wobei eine Potentialdifferenz von etwa 250 mV aufgebaut wird. Durch diese Spannung wird ein elektrogener K+/2H+-Antiport getrieben und indirekt ein K+/Aminosäure-Symport, wodurch die Nährstoffversorgung der Raupen gesichert wird. Da die V-ATPase sehr viel ATP verbraucht, erscheint es ökonomisch, diese in Hungerperioden durch die Dissoziation des Enzyms in den cytosolische V1- und den Vo-Komplex, abzuschalten.
In der vorliegenden Arbeit wurde untersucht, ob auch die Biosynthese der V-ATPase Untereinheiten in Hungerperioden reduziert wird und was eventuellen Änderungen von Transkriptionsraten zugrunde liegt. Mit Ausnahme der Untereinheit D waren die Transkriptmengen aller V-ATPase Untereinheiten in Hungerperioden erniedrigt. Am stärksten betraf dies die Untereinheit G, was auch für den Anstieg der Transkriptmengen nach erneuter Futterzufuhr galt. Da Hungerperioden auch in der Entwicklung von Raupen während der Häutungen vorkommen, wurde exemplarisch die Biosynthese von drei, die verschiedenen Bereiche der V-ATPase (V1-Kopf: Untereinheit B, V1-Stiel: Untereinheit G, Vo-Komplex: Untereinheit d) repräsentierenden Untereinheiten, untersucht.
In allen drei Fällen konnte eine Reduktion der Transkriptmengen in der Mitte der Häutungsphase festgestellt werden, welche zu ihrem Ende hin wieder aufgehoben wurde. Der Abfall und Anstieg der mRNA-Mengen korrelierte mit den Titern der beiden Häutungshormone der Insekten: negativ mit dem Titer des Ecdysons und positiv mit dem des Juvenilhormons. Die Injektion von 20-Hydroxyecdyson in fressende Raupen hatte die Reduktion der Transkriptmengen zur Folge, während Juvenilhormon III fast keinen Einfluss ausübte. Darüberhinaus war zu beobachten, dass sich nach Injektion von 20-Hydroxyecdyson die V1-Komplexe von den apikalen Gobletzellmembranen ablösten.
Um auch den Einfluss der Häutungshormone auf die Promotoraktivität zu untersuchen, und dadurch auf Unterschiede in der RNA-Stabilität zu schließen, wurden ca. 1 kb lange 5`-Bereiche stromaufwärts vom Startcodon der drei verwendeten Gene mvB, mvG und mvd in Reportergenassays getestet. Hierbei wurde als Reportergen eine Luciferase verwendet, die unter der Kontrolle der jeweiligen 5`-Region der V-ATPase Untereinheit stand. Nach Transfektion von Sf21-Zellen konnte wie auch in den vorangegangenen Experimenten gezeigt werden, dass 20-Hydroxyecdyson die Promotoraktivität aller drei V-ATPase-Gene nach einem kurzzeitigen Anstieg bei den Genen mvB und mvG über einen längeren Zeitraum negativ beeinflusst und nach 48 h zu einer Reduktion auf 30-50% gegenüber der Kontrolle führt.Im Gegensatz dazu führte die Anwesenheit von Juvenilhormon III zur Aktivitätssteigerung von mvG um den Faktor 3, während die Aktivität der anderen 5`-Bereiche nicht signifikant verändert wurde.Zusammen mit den Daten der Transkriptmengen unter Juvenilhormon III Einfluss könnte dies der erste Hinweis auf eine reduzierte Stabilität der mRNA der Untereinheit G sein.
Des Weiteren wurde in der vorliegenden Arbeit die Nukleotidsequenz der bei der Insekten V-ATPase lange Zeit nicht nachweisbaren Untereinheit a des Vo-Komplexes aufgeklärt. Neben einer ubiquitär vorkommenden Isoform konnte auch eine Teilsequenz einer Malpighigefäß spezifischen Isoform nachgewiesen werden. Antikörper gegen den in dieser Arbeit exprimierten cytoplasmatischen N-Terminus wurden eingesetzt, um die Untereinheit in der Immunhistochemie sowie in den gebildeten Komplexen der Vernetzungsexperimente nachzuweisen. Die durch Kupfer(II)-chlorid induzierte Vernetzung von Cysteinresten der Untereinheiten des V1Vo-Holoenzyms führte zu der Identifizierung von drei Banden, wobei diese wahrscheinlich aus verschiedenen Subkomplexen der Untereinheiten a, A, B, C, E und G aufgebaut waren. Durch diese Ergebnisse und den Daten aus dem Verdau des V1Vo-Holoenzyms mit Trypsin konnte ein neues Modell der V-ATPase erstellt werden, dass sich erheblich von den bisherigen Modellen unterscheidet, insbesondere in der Lokalisation der Untereinheiten des Stators.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:uni-osnabrueck.de/oai:repositorium.ub.uni-osnabrueck.de:urn:nbn:de:gbv:700-2002112215 |
| Date | 22 November 2002 |
| Creators | Reineke, Stephan |
| Contributors | Prof. Dr. Helmut Wieczorek, Prof. Dr. Altendorf |
| Source Sets | Universität Osnabrück |
| Language | German |
| Detected Language | German |
| Type | doc-type:doctoralThesis |
| Format | application/zip, application/pdf |
| Rights | http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/ |
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