Vergleichende Immunobiologie des Rotbraunen Reismehlkäfers Tribolium castaneum
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Insekten besitzen ein potentes angeborenes Immunsystem, welches sie vor Krankheitserregern und Parasiten schützt. Ziel dieses DFG-Projektes war es, mit Hilfe von kombinierten experimentellen Ansätzen Einblicke in die Immunobiologie des Rotbraunen Reismehlkäfers Tribolium castaneum zu erhalten. Neben Homologen von antimikrobiellen Peptiden, die von anderen Insekten bekannt sind, wie z.B. Defensine, haben wir überraschender Weise auch Immungene identifiziert, die bei anderen Insekten bislang nicht gefunden wurden, wie die Thaumantine, das als antifungale Peptide bei Pflanzen vorkommen. Um herauszufinden, ob die in Tribolium identifizieren Thaumatine auch an der Abwehr von Pilzinfektionen beteiligt sind, wurden diese, kloniert, heterolog dargestellt und aus dem Kulturmedium isoliert. Die rekombinanten Tribolium-Thaumatine waren in vitro gegen Pilze wirksam, die als Pflanzen- (Fusarium) oder Insektenpathogene (Beauveria bassiana) bekannt sind. Die Expressionsanalyse von drei Defensin-Paralogen wies zudem auf das Vorhandensein verschiedener Immunaktivierungswege in Tribolium hin, welche nicht nur durch mikrobielle Oberflächenmoleküle, sondern auch durch körpereigene Stimuli (Danger Signals) ausgelöst werden können. Weitere Ergebnisse wiesen darauf hin, dass Immun- und Stress-Antworten in Tribolium eng miteinander verknüpft sind. Ein wichtiger Unterschied zu anderen Insekten war hierbei, dass das zentrale Stress- Signalprotein Thor in Tribolium nicht wie in Drosophila immun-induzierbar ist, was auf Unterschiede bei der Regulation hinweist. In einem weiteren Arbeitspaket haben wir die Funktionen von evolutionär konservierten Matrixmetalloproteinasen in Tribolium untersucht. Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass das Tribolium-MMP-1 sowohl in der Immunabwehr als auch in der Entwicklung wichtige Funktionen übernimmt. Einige ähnliche Entwicklungsdefekte wurden auch in Drosophila beschrieben, wohingegen andere, wie z.B. die gestörte Enddarmentwicklung nur in Tribolium dokumentiert wurde. Der Vergleich der erhobenen Befunde mit den Literaturdaten über die Funktionen menschlicher MMPs begründet die Annahme, dass die in Tribolium identifizierte MMP-1 der humanen MMP-19 ähnlich ist. Die im Rahmen des Forschungsvorhabens in Tribolium identifizierten Immungene (z.B. Thaumatine und MMPs) dienten als Basis für vergleichende Studien mit anderen Modellorganismen, wie der Erbsenblattlaus Acyrthosiphon pisum (Thaumatine) oder dem Nematoden Caenorhabditis elegans (MMPs). Das mögliche Anwendungspotenzial der identifizierten antimikrobiellen Peptide in der Medizin oder im Pflanzenschutz wird gegenwärtig im Rahmen von weiteren Drittmittelprojekten geprüft.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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2008. Beetle immunity: Identification of immune-inducible genes from the model insect Tribolium castaneum. Dev Comp Immunol. 32:585-95
Altincicek, B., E. Knorr, and A. Vilcinskas
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2008. The first genome sequence of a beetle, Tribolium castaneum, a model for insect development and pest biology. Nature. 452:949-55
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2009. MMPs regulate both development and immunity in the Tribolium model insect. PLoS ONE. 4(3):e4751
Knorr, E., H. Schmidtberg, A. Vilcinskas, and B. Altincicek
