Die Doppelrolle des Enzyms Chameau

Biologen haben herausgefunden, warum ein Enzym für das Überleben von Fruchtfliegen wichtig ist, auch wenn es unter bestimmten Bedingungen ihr Leben verkürzen kann.

Nichts ist umsonst – dieses Sprichwort trifft sehr gut auf die Arbeit von Chameau zu. Wie Forscher um Axel Imhof vom Biomedizinischen Zentrum München (BMC) der LMU zeigen konnten, spielt das Enzym eine wichtige Rolle dabei, Fruchtfliegen dabei zu helfen, Zeiten der Nahrungsknappheit zu überstehen. Dies hat jedoch seinen Preis: Bei ausreichender Nahrungsverfügbarkeit wirkt Chameau lebensverkürzend. Die Studie wird in der Zeitschrift veröffentlicht EMBO-Berichte.

Chameau ist ein Enzym, das Proteine ​​chemisch verändert und dadurch auch an der Genregulation beteiligt ist. In früheren Studien hatten Imhof und sein Team herausgefunden, dass gut ernährte Fruchtfliegen länger leben, wenn ihr Chameau-Spiegel durch Mutationen gesenkt wird. Andere Forscher hatten über einen ähnlichen Effekt bei Mäusen berichtet, bei dem die Produktion eines Proteins, das dem Chameau ähnelt, reduziert war.

Aus evolutionärer Sicht sollte ein längeres fruchtbares Leben zu mehr Nachkommen führen und daher von der Evolution begünstigt werden. Warum kommt Chameau in potenziell lebensverkürzenden Mengen vor? Um diese Frage zu beantworten, untersuchten die Wissenschaftler, welche Mechanismen das Enzym beeinflusst.

„Das völlige Fehlen von Chameau führt zu fatalen Entwicklungsfehlern“, sagt Imhof. „Es ist uns jedoch gelungen, den Enzymspiegel auf etwa ein Fünftel seines normalen Wertes zu senken, ohne die Lebensfähigkeit unter normalen Bedingungen zu beeinträchtigen, um seine Rolle bei der Stressreaktion zu untersuchen.“

Niedrige Chameau-Werte machen Fliegen dünner

Ihre Ergebnisse zeigen, dass Fliegen mit niedrigem Chameau-Gehalt schlechter mit dem Hunger umgehen können. „Wenn Fliegen hungern, baut ihr Körper Speichermoleküle wie Glykogen und Fette ab. Bei einem Defekt des Enzyms Chameau funktioniert dieser Prozess nicht mehr so ​​effektiv“, sagt Imhof. „Fliegen mit normalen Enzymwerten überlebten ohne Nahrung bis zu 40 % länger. In freier Wildbahn haben sie dadurch einen Vorteil, weil sie in dieser zusätzlichen Zeitspanne umherfliegen und nach Nahrung suchen können.“

Darüber hinaus beobachteten die Wissenschaftler, dass Fliegen mit sehr geringen Chameau-Werten auch bei guter Ernährung viel dünner waren als Wildtypen. „Das bedeutet, dass diese Fliegen nicht nur ein Problem mit dem Verbrauch, sondern auch mit der Speicherung von Energie haben“, erklärt Imhof.

Umfassende molekulare Analysen ergaben, dass Chameau-Mutationen dazu führen, dass die für die Energiespeicherung und -ausgabe erforderlichen Gene und Proteine ​​nicht richtig reguliert werden. „Basierend auf der Forschung mit dem Chameau-Gen der Maus glauben wir, dass ähnliche Mechanismen auch bei Wirbeltieren wie Mäusen und Menschen existieren könnten“, sagt Imhof. Dies würde jedoch weitere Studien erfordern.

Anpassung an sich ändernde Umweltbedingungen

Dass dünne Fliegen unter normalen Bedingungen länger leben, aber empfindlicher auf Hunger reagieren, sind im Grunde zwei Seiten derselben Medaille. Solange genügend Nährstoffe zur Verfügung stehen, ähneln die Auswirkungen von Chameau-Defiziten denen von Kalorienrestriktionen. „Studien an verschiedenen Organismen haben gezeigt, dass eine Reduzierung der Kalorienzufuhr zu einer längeren Lebensdauer führen kann“, sagt Imhof. Wenn die Bedingungen jedoch ungünstig werden, können die Fliegen nicht angemessen reagieren.

Aus ihren Erkenntnissen schließen die Forscher, dass Chameau wichtig für die Bewältigung veränderter Umweltbedingungen ist. „Da diese Fähigkeit wahrscheinlich ein stärkerer evolutionärer Treiber ist als die Fähigkeit, ein langes Leben zu führen, ist das Enzym trotz seiner Nachteile erhalten geblieben“, sagt Imhof.