Funktionelle Peptidomanalyse am neurosekretorischen System von Insekten
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Funktion des Nervensystems als der zentralen Steuereinheit bei tierischen Organismen schließt die Verarbeitung elektrischer und chemischer Signale ein, wobei die Kommunikation zwischen Nervenzellen zum Großteil auf chemischen Signalen beruht. Neuropeptide bilden dabei die strukturell variabelste Gruppe von derartigen Signalmolekülen. Im Mittelpunkt des abgeschlossenen Projekts stand die Erfassung des kompletten Neuropeptidinventars (Peptidom) von ausgewählten Insekten bis auf Zellniveau. Im Verlaufe des Projektes ist es gelungen, die Datenlage bzgl. des Peptidoms bei der experimentell aufgrund ihrer Größe und der anatomischen Kenntnisse gut zugänglichen Amerikanischen Schabe dem diesbezüglichen Wissenstand bei der detailliert und von verschiedenen Arbeitsgruppen untersuchten Fruchtfliege anzugleichen. Wichtigster Fortschritt innerhalb des Projekts war die erfolgreiche Realisierung von massenspektrometrischen Analysen identifizierbarer Einzelzellen, was in der Zukunft eine stärkere Anbindung an komplexe physiologische Fragestellungen erlauben wird. Nachdem die Einzelzellanalysen zuerst für präparatorisch leichter zugängliche Neurone der Schabe publiziert werden konnte, gelangen danach erstmals auch massenspektrometrische Untersuchungen identifizierbarer Neurone bei der Fruchtfliege. Diese umfangreichen Einzelzellanalysen haben detaillierte Einblicke in Expressions- bzw. Prozessierungsmuster gegeben; insbesondere die zellspezifische Diversifizierung der Pyrokinine/FXPRLamide ist unerwartet und offensichtlich spezifisch für Insekten. Die bislang vollständigste Erfassung von Produkten eines Neuropeptidgens bei Insekten gelang am Ende der Projektzeit bei der Untersuchung von CAPA-Zellen in den Abdominalganglien von P. americana; der Evolution von Projektion und Neuropeptidproduktion dieser Zellen kann man bei Insekten fast zuschauen. Unsere Analysen haben gezeigt, dass neben neurosekretorischen Zellen auch Interneurone ausreichende Quantitäten an Neuropeptiden enthalten, um massenspektrometrisch ausgewertet zu werden. Die Spezialisierung unserer Gruppe auf das direct tissue/ cell profiling im ZNS von Insekten ermöglichte in den vergangenen Jahren eine Vielzahl von Kooperationen, bei denen es insbesondere um die Inventarisierung der Neuropeptide von sehr kleinen Insekten im Zh. mit Genomsequenzierungen bzw. um die Untersuchung des Hormonsystems von Schadinsekten ging. Im Rahmen eines im Juni 2015 startenden EU-Projekts (Horizon 2020) werden wir diese Herangehensweise auch nutzen, um möglichst artspezifische Targets für Peptidmimetika bei verschiedenen land- bzw. forstwirtschaftlich bedeutsamen Schädlingen zu finden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2006) Biology of the CAPA neuropeptides in insects. Cellular and Molecular Life Sciences 63: 2477-2490
Predel, R., Wegener, C.
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(2006) Direct mass spectrometric peptide profiling and fragmentation of larval peptide hormone release sites in Drosophila melanogaster reveals tagma-specific peptide expression and differential processing. Journal of Neurochemistry 96: 1362–1374
Wegener, C., Reinl T., Jänsch L., Predel R.
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(2007) Peptidomics of identified neurons demonstrates a highly differentiated expression pattern of FXPRLamides in the neuroendocrine system of an insect. Journal of Comparative Neurology 500: 498–512
Predel, R., Eckert, M., Pollak, E., Molnar, L., Scheibner, O., Neupert, S.
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(2007) Single-cell peptidomics of Drosophila melanogaster neurons identified by Gal4-driven fluorescence. Analytical Chemistry 79: 3690-3694
Neupert, S., Johard, H. A., Nässel, D. R., Predel, R.
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(2009): Conservation of the function counts: Homologous neurons express sequence-related neuropeptides that originate from different genes. Journal of Neurochemistry 111: 757-765
Neupert, S., Hütteroth, W., Schachtner, J., Predel, R.
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(2012) Towards a single-cell-based analysis of neuropeptide expression in Periplaneta americana antennal lobe neurons. Journal of Comparative Neurology 520: 1078-1097
Neupert, S., Fusca, D., Schachtner, J., Kloppenburg, P., Predel, R.
