Evolution des neurosekretorischen Systems der Insekten: Funktion der Prohormon-Konvertasen PC1/3 und PC2 im Käfer Tribolium castaneum

• Antragstellerin: Dr. Vera Terblanche
• Fachliche Zuordnung: Evolutionäre Zell- und Entwicklungsbiologie der Tiere
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 433708322

Das neuroendokrine System der Tiere reguliert wichtige biologische Funktionen wie zum Beispiel Physiologie, Verhalten, Reproduktion, Entwicklung und Wachstum. Neuropeptid-Vorläufer (Prohormone) stehen unter transkriptioneller Kontrolle, zudem unterlaufen sie einer posttranslationalen Prozessierung. Ein zentraler Schritt hierbei ist die interne enzymatische Spaltung durch Prohormon-Konvertasen an dibasischen Erkennungsmotiven. Im Mausmodell und im Menschen sind hierfür die Proteasen PC1/3 und PC2 verantwortlich. Beide Faktoren sind hochkonserviert in den unterschiedlichsten Tiergruppen, in der Fliege Drosophila ist es allerdings genomisch zum Verlust von PC1/3 gekommen, und nur PC2 ist in neurosekretorischen Zellen aktiv. Die Prinzipien der Neuropeptid-Prozessierung in einem Insektenmodell das über Orthologe von PC2 sowie PC1/3 verfügt sind jedoch noch nicht verstanden. Bedenkt man die zentrale Rolle dieser Faktoren, sowie die große biologische Bedeutung von Neuropeptiden generell, dann kann erwartet werden, dass ein Verständnis dieser kombinatorischen Prozessierung Einblicke in die Regulation und in die evolutionäre Flexibilität des Neurosekretorischen System der Insekten geben wird. Darum schlage ich vor, die Funktion beider Faktoren im Käfer Tribolium castaneum zu untersuchen. Neben der Konservierung beider neuroendokrinen Prohormon-Konvertasen PC1/3 und PC2 ist im Käfer zudem ein Ortholog von Vertebraten Oxytocin und Vasopressin vorhanden (genannt inotocin), welches ein konserviertes Zielhormon von PC1/3 sein könnte, eine Vermutung die auch durch spezifische Ko-expression beider Faktoren unterstützt wird. Ich plane nun, die Zielhormone beider Proteasen durch quantitative Massenspektrometrie zu identifizieren. Dieses wird auch die Prinzipien der kombinatorischen Prozessierung sowie mögliche konservierte Interaktionen offenlegen. Nachdem Zielhormone der jeweiligen Proteasen identifiziert sind, werde ich die Funktion dieser Hormone testen und dadurch den evolutionären Druck erklären können, der zu Konservierung von PC1/3 führt. Ausserdem werde ich auch die Hypothese testen, dass Ko-expression bestimmt, ob ein bestimmer Hormonvorläufer von einer der Proteasen gespalten wird oder nicht. Wenn sich diese Annahme bestätigt, liegt die eigentliche Kontrolle über die Prozessierung in der Hand der Transkriptionsfaktoren die die Expression von PC1/3 und PC2 (und die der Hormonvorläufer) kontrollieren. Daher plane ich, über einen genetischen Screen transkriptionelle Regulatoren dieser Gene zu identifizieren. Zusammengenommen wird diese Arbeit die genetische und enzymatische Regulation eines prototypischen neurosecretorischen System eines Insektes charakerisieren. Dadurch werden konservierte Elemente identifiziert werden, aber auch die Einsichten erlangt werden über die Art und Weise wie ein solches System sich in Reaktion auf die Biologie und die Lebensart einer Art anpasst, beziehungsweise, diese Anpassung erst ermöglicht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen