Neuronale Fucosylierung in Drosophila

Eine seit langem etablierte Methode, um neuronale Zellen in Drosophila melanogaster und anderen Insekten spezifisch zu färben, beruht auf der Verwendung von Antikörpern gegen das pflanzliche Protein Krenperoxidase. Das Vorkommen von core alpha 1,3 gebundener Fucose, einem Strukturmerkmal von Bienengift als auch von pflanzlichen Allergenen, konnte erst in den letzten Jahren von uns, als die molekulare Basis dieser Färbemethode, identifiziert werden.Das spezifische Vorkommen dieser Struktur in neuronalen Insektenzellen eröffnet die einzigartige Möglichkeit zelltypische Glykosylierungsformen in einem Modellorganismus zu erforschen. Weiters konnten wir ein spezifisches Enzym der Fruchtfliege, eine Fucosyltransferase (FucTA), identifizieren, das die core alpha 1,3 fucosylierte Struktur in vitro synthetisiert. Im Rahmen dieses Projektes wollen wir nun verschiedene Untersuchungsmethoden anwenden um die Rolle dieses Enzyms auch in vivo zu studieren. So liefert die Verfügbarkeit einer neuronalen Zellinie (BG2-c6), die bereits auf das Vorhandensein des Anti Krenperoxidase Epitops (dh. core alpha 1,3 gebundene Fucose auf N-Glykanen) als auch des dazu nötigen Enzyms (FucTA) getestet wurde, ein leicht manipulierbares biologisches Modell, um die Mechanismen, die zur Exprimierung des Epitops führen zu verstehen. Im Detail wollen wir RNA Interferenz in BG2-C6 Zellen anwenden um die Rolle von FucTA und weiterer Proteine des Fucose Metabolismus sowie die Transkription und intrazelluläre Lokalisierung der FucTA zu erforschen. Schneiderzellen, die das Epitop nicht exprimieren werden als Kontrollsystem verwendet. In einer geplanten Zusammenarbeit werden auch Drosophilamutanten, die dieses Epitop nicht besitzen, untersucht. Die biologische Funktion dieses Kohlenhydratepitops wird anhand der beteiligten Bindungspartner von alpha1,3 fucosylierten Glykanen in dieser Studie erfaßt. Speziell ein Lektin wird auf seine Fähigkeit das Epitop spezifisch zu erkennen getestet sowie ob dieses Lektin in der entscheidenten Entwicklungsphase am richtigen Ort ist, um die Struktur in vivo zu erkennen.Die Intention dieses Projektes geht über die allgemeine Identifikation von Glykosyltransfrasen und Glykanstrukturen hinaus und widmet sich hingegen der aktuellen in vivo bzw. naturidenten Wechselwirkungen von Glykanen mit ihren Partnern im Kontext einer zellspezifischen Glykosylierung.

Seit mehr als zwei Jahrzehnten werden Antikörper die gegen pflanzliche Proteine gerichtet sind verwendet um spezifisch Nervenzellen in Fruchtfliegen zu färben. In diesem Projekt wurde die molekulare Struktur, die von den Antikörpern erkannt wird, ermittelt. Das Enzym, das benötigt wird um die Struktur zu synthetisieren, wurde identifiziert und eine Anzahl verschiedener komplementärer Experimente, unter anderem auch mit Zell-Linien durchgeführt, die die Relevanz dieses Enzyms beweisen. Die von den Antikörpern erkannte Struktur steht eindeutig im neuronalen Zusammenhang in Insekten. Hierbei handelt es sich um eine einzige Zuckereinheit, die in spezifischer Weise mit einer Zuckerkette (N-Glykan) verknüpft ist die ihrerseits wiederum an ein Protein gebunden ist. Obwohl ungefähr 20 Proteinen diese spezielle Modifikation tragen muss erst ihre Interaction mit anderen Molekülen die ebenso an Nervenfunktionen und Nervenaufbau beteiligt sind entziffert werden und sind daher interessante zukünftige Forschungsziele. Die viel versprechenden Ergebnisse dieses Projekts eröffnen ein neues Forschungsfeld über die neuronale Funktion und Entwicklung in Insekten mit noch unbekannter Auswirkung auf die normale oder pathologischen neuronalen Zustände beim Menschen.