AG Botanik - Fachbereich 5 Biologie - Universität Osnabrück

Literaturauswahl
Meissner, D., Odman-Naresh, J.,
Vogelpohl, I., and Merzendorfer, H.
(2010). A novel role of the yeast
CaaX protease Ste24 in chitin synthesis.
Mol. Biol. Cell 21, 2425-33.
Broehan, G., Arakane, Y., Beeman,
R.W., Kramer, K.J., Muthukrishnan,
S., and Merzendorfer, H. (2010)
Molecular analyses of chymotrypsin-like
peptidases from Tribolium
castaneum involved in digestion
and molting. Insect Biochem. Mol.
Biol. 40, 274-83.
Merzendorfer, H. (2009) Chitin:
structure, function and metabolism.
In “The sugar code: fundamentals
in Glycoscience” (Ed. H.-J.
Gabius), Wiley-VCH, Weinheim.
Maue, L., Meissner, D., and Merzendorfer,
H. (2009) Purification of an
active, oligomeric chitin synthase
complex from the midgut of the
tobacco hornworm. Insect Biochem.
Mol. Biol. 39, 654-659.
Broehan, G., Kemper, M., Driemeier,
D., Vogelpohl, I., and Merzendorfer
H. (2008) Cloning and expression
analysis of midgut chymotrypsinlike
proteinases in the tobacco
hornworm. J. Insect Physiol. 54,
1243-1252.
Broehan, G., Zimoch, L., Wessels, A.,
Ertas, B., and Merzendorfer, H.
(2007) A chymotrypsin-like serine
protease interacts with the chitin
synthase from the midgut of the
tobacco hornworm. J. Exp. Biol.
210, 3636-3643.
Kontakt
apl. Prof. Dr. Hans Merzendorfer
Telefon: +49 (0)541 969 3502
E-Mail: merzendorfer@biologie.
uni- osnabrueck.de
Internet: http://www.biologie.uniosnabrueck.de
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Tierphysiologie
AG Tierphysiologie
Chitin-Biosynthese
Chitin ist ein weit verbreitetes Polymer aus N-Acetylglucosamin-Einheiten, das für die chemisch/pharmazeutische
Industrie zunehmend an Bedeutung gewinnt. In der Natur findet
sich dieses faserartige Molekül unter anderem in den Zellwänden von Pilzen und in mechanisch
widerstandsfähigen Bioverbundstoffen wie den Panzern von Insekten. Chitin lässt sich
aber auch in der peritrophischen Matrix im Verdauungstrakt von Invertebraten nachweisen.
Unsere Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit dem Metabolismus von Chitin bei Pilzen und Insekten.
Dabei untersuchen wir mit molekularbiologischen und biochemischen Methoden
die verschiedenen Proteine, die für die Biosynthese, Modifizierung und Degradation von
Chitin benötigt werden. Daneben interessieren wir uns für die Wirkmechanismen von Inhibitoren
der Chitinsynthese, die als Fungizide und Insektizide breite Verwendung finden.
Ein zentrales Enzym im
Chitin-Metabolismus
von Pilzen und Insekten
ist die Chitinsynthase,
eine membrangebunde -
ne Glycosyltransferase,
welche die Polymerisationsreaktion
katalysiert.
Nachdem wir die Chitinsynthase
erstmalig aus
Insekten biochemisch ge -
rei nigt und charakterisiert
haben, untersuchen
wir nun ihre Struktur und
Regulation. Letztere lässt
sich nicht vollends verstehen,
ohne intrazelluläre
Prozesse zu berücksichtigen.
Deswegen ana -
ly sieren wir die Prozessierung
und Sortierung
relevanter Proteine in der
Bäckerhefe, einem zellbiologischenModellorganismus,
in dem Chitin
für die Zellwand produziert
wird. Die Chitinsynthese
ist ferner ein Angriffspunkt
für Fungizide
und Insektizide, die im
Pflanzenschutz oder bei der Behandlung von
Infektionskrankheiten eingesetzt werden können.
Wir untersuchen dabei vor allem die
Gruppe der Benzoylphenyl-Harnstoffe, da bislang
nicht bekannt ist, wie diese seit langem
eingesetzten Insektizide genau wirken. Der
rostbraune Mehlkäfer, Tribolium castaneum,
dessen Genom komplett sequenziert ist, dient
uns dabei als Modellsystem, wobei wir genomische
und proteomische Untersuchungsansätze
Abbildung (A) In der Abbildung ist eine knospende Hefezelle gezeigt, wobei die intrazelluläre
Lokalisation einer Chitinsynthase (Chs3) mit Hilfe des grün-fluoreszierenden Proteins sichtbar
gemacht wurde. Für ihre Aktivität am Knospenhals wird die regulatorische Untereinheit Chs4
benötigt, die über CaaX-Prozessierung modifiziert wird. Abbildung (B) 2D-Gelektrophorese von
Proteinen aus dem larvalen Mitteldarm von Tribolium castaneum zur Untersuchung der Veränderung
des Mitteldarm-Proteoms nach Behandlung mit dem Insektizid Diflubenzuron.
Abbildung (C) Homologie-basiertes Strukturmodell einer Chymotrypsin-ähnlichen Protease aus
der Häutungsflüssigkeit von Tribolium castaneum. Das aktive Zentrum ist blau, die Spezifitätstasche
rot, ein Oberflächen-Loop orange und eine Glycosylierungsstelle (Pfeil) grün eingefärbt.
Wir stellen diese Proteine rekombinant in Insektenzellen her, um ihre Spezifität nach ortsgerichteter
Mutagenese zu analysieren. Abbildung (D) Gefrierschnitt durch eine Tribolium-Larve.
Die fixierten Schnitte wurden mit fluoreszierenden Farbstoffen gefärbt, um Zellkerne (blau),
Aktinfilamente (rot) und Chitin-haltigen Strukturen (grün) darzustellen.
verfolgen. Potenzielle Zielgene lassen sich in
diesem Organismus zudem über RNA-Interferenz
ausschalten, was die Analyse erheblich
vereinfacht. Weitere Forschungsschwerpunkte
in unserer Arbeitsgruppe sind die Analyse der
funktionellen Vielfalt Chymotrypsin-ähnlicher
Serinproteasen bei Insekten sowie die biologische
Funktion der peritrophischen Matrix im
Darm der Stechmücke Aedes aegypti.