Kutikuladifferenzierung im Embryo der Taufliege Drosophila melanogaster

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Bernard Moussian
• Fachliche Zuordnung: Entwicklungsbiologie
• Förderung: Förderung von 2009 bis 2014
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 151001288

Der Einbau und das Ordnen von Proteinen, Lipiden, Chitin und phenolischen Substanzen zu horizontalen Schichten ist essentiell für die Funktion der Gliedertierkutikula als Exoskelett und physische Barriere. Während die Verteilung dieser Komponenten und die Histologie der Kutikula von wegweisenden Wissenschaftern wie V. Wigglesworth, A. Neville und M. Locke sehr gut beschrieben ist, stehen wir erst am Anfang der Forschung um die genetischen und molekularen Mechanismen der Kutikuladifferenzierung. In den letzten drei Jahren hat meine Gruppe zwei neue Pfade entdeckt, die für die Ausbildung von hydrologischen Eigenschaften der Kutikula notwendig sind. Ein Pfad wird vom ABC-Transporter Olof definiert, den wir in einem RNAi-Experiment gefunden haben. Olof wird für die Integrität der Kutikulaoberfläche gebraucht, die laut V. Wigglesworth aus dem Lipid-Protein Komplex Cuticulin besteht und das Tier vor Austrocknung schützt. Folglich trocknen olof-mutante Larven schnell aus. Basierend auf diesen Phänotyp kann man mutmaßen, daß Olof die Lieferung von Cuticulin-Lipiden über die apikale Plasmamembran vermittelt. Die Protein-Komponente von Cuticulin könnte Axel sein, ein extrazelluläres Protein, das wir ebenfalls in diesem Projekt identifiziert haben. Die olof- und axel-mutanten Phänotypen sind in der Tat identisch. In den nächsten zwei Jahren werde ich die Olof-Substrate anhand von Massenspektrometrie und NMR sowie die Funktion von Axel als Cuticulin-Protein untersuchen. Des Weiteren haben wir ein Dityrosin-Netzwerk in der Kutikula als Antagonist des hydrostatischen Innendrucks entdeckt. Die Konstruktion dieser Komponente ist Häm-abhängig, da Häm-reduzierte Larven verringerte Dityrosin-Mengen aufweisen und ihre Kutikula zerbricht, wodurch sie massiv Wasser verlieren. In vorläufigen Experimenten haben wir herausgefunden, daß Dityrosine bereits in Vesikeln innerhalb der Zelle gebildet werden. Um die molekularen Mechanismen der Dityrosinylierung zu verstehen, wollen wir das dafür verantwortliche Häm-Enzym in einem RNAi-Experiment identifizieren und den Verkehr der Dityrosin-Vesikeln und möglichen Zielproteinen wie Proresilin in einer Reihe von Sekretions-Mutanten aufzeigen. Neben diesen neuen Ansätzen interessiere ich mich für die Kontrolle der zeitlichen Abfolge der Kutikuladifferenzierung auf Sekretions- und Transkriptionsebene. In einem kompakten Projekt werde ich die bereits angedeutete Funktion des p24 Proteins Éclair während der Sortierung von Kutikulaproteinen analysieren. Darüber hinaus soll die Signatur der regulatorischen Sequenzen im Promoterbereich von Kutikulagenen bioinformatisch dechiffriert werden. Insbesondere soll in diesen Regionen nach Bindestellen für Grainyhead und Ekdyson-induzierte Transkriptionsfaktoren gesucht werden. Zusätzlich wird nach konservierten DNA-Motiven gefahndet, die in der Nachbarschaft dieser Bindestellen gehäuft vorkommen. Die Bedeutung dieser Promotoren wird in Expressionsexperimenten in transgenen Fliegen getestet.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen