Chemosensorische Rezeptoren von Insekten
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Männliche Nachtfalter zeigen eine bemerkenswerte Reaktivität auf Spezies-spezifische Pheromone. Die extreme Selektivität und Sensitivität für weibliche Sex-Pheromone wird darauf zurückgeführt, dass die hydrophoben Pheromone durch Pheromon-Bindeproteine (PBPs) in der wässrigen Sensillenlymphe der Antenne gelöst werden und so zu den spezifischen Rezeptoren in der dendritischen Membran der pheromon-reaktiven Neurone gelangen. Im Rahmen des Forschungsprojektes ist es erstmals gelungen, Rezeptoren für Pheromone von verschiedenen Insektenspezies (Heliothis virescens, Bombyx mori, Antheraea polyphemus) zu identifizieren. Die Pheromonrezeptoren (PR) der drei Lepidoptenarten bilden in einem phylogenetischen Sequenzvergleich eine speziesübergreifende konservierte Gruppe und unterscheiden sich somit deutlich von den sehr diversen Odorantrezeptoren der Insekten. In Einklang mit einer Funktion bei der Detektion von Sex-Pheromonen wurden in RT-PCR-Studien eine starke und meist selektive Expression der PRs in der Männchen-Antenne nachgewiesen. Durch in situ Hybridisierungsexperimente wurde gezeigt, dass die Rezeptor-exprimierenden Zellen unter Pheromon-reaktiven Sensilla trichodea lokalisiert sind. Im Unterschied zu der sehr hohen Ligandenspezifität der pheromon-reaktiven Neurone in der Antenne, zeigten HEK-Zellen mit heterolog exprimierten PRs in Calcium-Imaging Analysen ein unerwartet breites Ligandenspektrum. Dies wurde als Indiz dafür gewertet, dass nicht nur die Rezeptoren die Selektivität des Systems bestimmen. Tatsächlich haben unsere Studien gezeigt, dass PBPs maßgeblich zur hohen Spezifität und Sensitivität der Pheromonregistrierung beitragen. Da in einer Spezies mehrere PBP-Typen existieren wird von einer Subtyp-spezifischen Beteiligung von PBPs bei der Ligandenbindung ausgegangen. Unsere Befunde zeigen, dass bei der Detektion einer distinkten Pheromonkomponente ein bestimmter PBP-Subtyp mit einem distinkten PR im Sinne einer „Funktionseinheit“ zusammenwirkt. Die genauen Mechanismen der Interaktion von Pheromonen und Pheromon/PBP-Komplexen mit den sensorischen Zellen sind bislang noch weitgehend ungeklärt. Den so genannten „Sensory Neuron Membrane Proteins“ (SNMPs), die in der Dendritenmembran von Pheromon-reaktiven Neuronen lokalisiert sind, wird dabei eine wichtige Rolle zugesprochen. Für H. virescens und A. polyphemus wurde neben dem bekannten SNMP-Subtyp (SNMP1) nun jeweils ein weiterer SNMP-Subtyp (SNMP-2) identifiziert. Es hat sich gezeigt, das SNMP1 in olfaktorischen Neuronen exprimiert wird, während SNMP2 nur in den nicht-neuronalen PBP- exprimierenden Hilfszellen vorkommt. Diese Zelltyp-spezifische Expression der beiden Subtypen spricht für unterschiedliche Funktionen. So könnte SNMP1 in der sensorischen Dendritenmembran eine Interaktion mit Pheromonen oder Pheromon/PBP-Komplexen vermitteln und SNMP2 in den Hilfszellen an einer „Clearance“ der hydrophoben Pheromone oder PBPs aus der Sensillenlymphe beteiligt sein.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2006) Candidate pheromone binding proteins in the silkmoth Bombyx mori. Invert. Neurosci. 6, 177-187
Forstner, M., Gohl, T., Breer, H., Krieger, J.
- (2007) Candidate pheromone receptors provide the basis for the response of distinct antennal neurons to pheromonal compounds. Eur. J. Neurosci. 25, 2364-2373
Große-Wilde, E., Gohl, T., Bouche, E., Breer, H., Krieger, J.
- (2008) Differential expression of SNMP-1 and SNMP-2 in pheromone-sensitive hairs. Chem. Senses, 33, 201-209
Forstner, M., Gohl, T., Gondesen, I., Raming, K., Breer, H., Krieger, J.
- (2009) A receptor and binding protein interplay in the detection of a distinct pheromone component in the silkmoth Antheraea polyphemus. Int J. Biol. Sci., 5, 745-757
Forstner, M., Breer, H., Krieger, J.
- (2009) HR11 and HR13 receptor-expressing neurons are housed together in pheromone responsivesensilla of male Heliothis virescens. Chem. Senses, 34. 469-477
Krieger, J., Gondesen, I., Forstner, M., Gohl, T., Dewer, Y., Breer, H.
