Zell-spezifische Interaktionen von Kupfer-Metallothionein und Hämocyanin von Schnecken: Eine Metallom-Analyse

• Antragsteller: Professor Dr. Bernhard Lieb
• Fachliche Zuordnung: Biochemie und Physiologie der Tiere
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 320276532

Metallothioneine (MTs) sind vorwiegend niedermolekulare, Cysteinhaltige Proteine mit einer hohen Bindungsaffinität für ÜbergangsMetallionen, wie Cu+, Zn2+ und Cd2+. Sie spielen eine wesentliche Rolle im Metallstoffwechsel tierischer Organismen. Die meisten Metallothioneine bilden üblicherweise Mischkomplexe mit unterschiedlichen Metallionen. In Landschnecken haben sich im Verlauf der Evolution Metall-spezifische Metallothioneine entwickelt. Das Kupfer-Metallothionein (CuMT), bindet ausschließlich Cu+. Diese Isoform wird nur in einem Zelltyp exprimiert, der Rhogocyte. Rhogocyten sind Mollusken-spezifische Zellen des Bindegewebes, in denen auch Hämocyanin, der Kupfer-haltige Blutfarbstoff, synthetisiert wird. Frühere Untersuchungen unserer Arbeitsgruppe legen nahe, dass das CuMT in diesen Zellen als Donator von Cu+ für das naszierende Hämocyanin fungiert. Diese Hypothese wird von Befunden gestützt, wonach MTs auch eine Rolle beim Transfer des Kupfers auf das Hämocyanin von Crustaceen (Krebstieren) zu spielen scheinen. Der zugrunde liegende Mechanismus wurde nie aufgeklärt. Im vorliegenden Projekt sollen die Arbeitshypothese eines KupferTransfers von CuMT auf Hämocyanin bei Helix pomatia und Cantareus aspersus überprüft und die zugrunde liegenden Mechanismen untersucht werden. Dies soll im Rahmen eines DACHProjektes unter Leitung und Koordination des Projektwerbers (Dr. Reinhard Dallinger) in Kooperation mit einem deutschen Partner (Dr. Bernhard Lieb) und unter Mitarbeit von Forscherinnen aus Spanien (Dr. Silvia Atrian und Dr. Mercé Capdevila) erfolgen. Die Untersuchungen erfolgen im Rahmen von vier Forschungs-Ansätzen, in denen die zentrale Frage des Kupfer-Transfers von CuMT auf Hämocyanin von unterschiedlichen Standpunkten aus beleuchtet werden soll. Es sollen Transkriptom- und Genom-Datenbanken der beiden Schneckenarten generiert werden, die mit bioinformatischen Methoden nach Protein-Kandidaten gescreent werden, die am Kupfertransfer beteiligt sein könnten. Zweitens sollen unter Verwendung stabiler Kupfer-Isotopen Metall-Austausch-Experimente zwischen CuMT und Hämocyanin in vitro und in vivo durchgeführt werden. Drittens soll eine direkte Protein-Wechselwirkung zwischen CuMT und Hämocyanin durch YeastTwoHybrid-Ansätze untersucht werden. Viertens sollen mögliche Wechselwirkungen zwischen CuMT und Hämocyanin in den Rhogocyten der beiden Arten durch bildgebende Verfahren (EM, LSM etc) visualisiert werden. Wir erwarten uns von den Untersuchungen Aufschluss darüber, wie das Spurenelement Kupfer in den Rhogocyten in das naszierende Hämocyanin gelangt. Allein das ist, angesichts unseres geringen Wissensstandes, eine spannende metall-biochemische Fragestellung. Ein zugegebenermaßen spekulativer Aspekt ist darüber hinaus der mögliche (und erstmalige) Nachweis einer Chaperonin-Funktion für CuMT. Ein derartiger Befund würde, falls zutreffend, unsere Vorstellung über die Rolle der Metallothioneine insgesamt verändern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Österreich
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Reinhard Dallinger