Geschmackssensoren halten Proteine ​​in Fliegen in Ordnung

Eine Reihe von Genen, die das süße Geschmacksempfinden fördern, ist laut einer neuen Studie von Eugenia Piddini von der University of Bristol, Vereinigtes Königreich, und Kollegen, die am 21. Juli veröffentlicht wurde, auch für das Proteinmanagement während der Fliegenentwicklung von entscheidender Bedeutung PLOS-Biologie. Der Befund erweitert das Verständnis eines Schlüsselprozesses für eine erfolgreiche Entwicklung und legt einen Zusammenhang zwischen geschmacksbezogenen Genen und Störungen der Proteinaggregation nahe.

Proteinhomöostase oder Proteostase ist eine Reihe von Prozessen, die zelluläre Proteine ​​in einem funktionellen Zustand halten und beschädigte Proteine, die nicht repariert werden können, eliminieren. Ribosomen sind molekulare Multiproteinmaschinen, die Proteine ​​synthetisieren, und Mutationen in Genen, die ribosomale Proteine ​​kodieren, beeinträchtigen nicht nur die Proteinsynthese, sondern stören auch die Proteostase, was zu chronischem proteotoxischem Stress führt. Dieser Stress wiederum hat eine Vielzahl von zellulären Folgen und führt zu verzögerter Entwicklung und anderen Unregelmäßigkeiten.

Um die durch eine solche Störung der Proteostase verursachten Störungen besser zu verstehen, verglichen die Autoren die Genexpression in normalen mit ribosomalen Proteinmutantenfliegen während des Puppenstadiums der Entwicklung. Unerwarteterweise fanden sie heraus, dass eine Gruppe von Genen, die sechs Geschmacksrezeptoren kodieren, Gr64-Gene genannt, in den mutierten Zellen hochreguliert waren.

Dieser Befund war unerwartet, da zuvor bekannt war, dass die Gr64-Rezeptoren in Neuronen erwachsener Fliegen vorhanden sind, wo sie dem Tier helfen, Zucker, Fettsäuren und Glycerin zu schmecken. Bei ribosomalen Protein-Mutantenfliegen mit nur einer (statt zwei) funktionierenden Kopien der Gr64-Gene gab es einen Anstieg des Zelltods durch einen Prozess namens Apoptose. Die vollständige Eliminierung der Gr64-Gene induzierte mehrere morphologische Defekte in den ribosomalen Mutanten, hatte aber wenig bis gar keine Wirkung in Zellen mit normalen ribosomalen Proteinen.

Zellen, die ribosomale Proteinmutanten tragen, sind im Vergleich zu normalen Zellen im Nachteil und werden häufig in sich entwickelndem Gewebe eliminiert, wo beides vorkommt. Mutanten, die nur einen Satz von Gr64-Genen trugen, waren noch schlechter dran, stellten die Autoren fest, da sie gegenüber normalen Zellen mit noch größerer Rate verloren gingen. Als der Gehalt an Gr64-Proteinen variabel und quantitativ reduziert wurde, zeigte das Team, dass die direkteste Auswirkung der Reduktion auf die Funktion des Proteasoms und des Autophagosoms war, zwei verschiedene Wege, auf denen beschädigte Proteine ​​​​entfernt und recycelt werden.

Die Verbindung zwischen der Förderung der Proteostase und dem Geschmackssinn beruht wahrscheinlich auf dem molekularen Mechanismus der Gr64-Proteine, die den Calciumfluss regulieren; Veränderungen des Kalziumspiegels werden als Signalgeber in Sinneszellen verwendet und regulieren auch mehrere proteostatische Prozesse, darunter sowohl die Proteosomenfunktion als auch die Autophagie. Faszinierenderweise wurden dysregulierte und deplatzierte Geschmacks- und Geruchsrezeptoren im betroffenen Gehirngewebe bei mehreren menschlichen Krankheiten nachgewiesen, die durch einen Verlust der Proteinhomöostase gekennzeichnet sind, einschließlich der Alzheimer-Krankheit und der Parkinson-Krankheit.

„Unsere Arbeit legt nahe, dass Geschmacksrezeptoren eine bisher unerkannte Rolle bei der Aufrechterhaltung der Proteinhomöostase während der Entwicklung in der Fliege spielen“, sagte Piddini, „und weist allgemeiner auf den Zusammenhang zwischen kalziummodulierenden Proteinen und Störungen der Proteinaggregation und proteotoxischem Stress hin.“

Piddini fügt hinzu: „Was ich an unseren Ergebnissen wirklich faszinierend finde, ist, dass sie das Wenige unterstreichen, das wir darüber verstehen, wie sich Zellen anpassen, um mit proteotoxischem Stress fertig zu werden. Unsere experimentelle Strategie könnte weiter verwendet werden, um zusätzliche neue Proteostase-Gene zu suchen und zu entdecken.“

Co-Autor Michael Baumgartner schlussfolgert: „Diese Ergebnisse betonen ein wichtiges Thema in der Zellbiologie: Kontext ist alles. Es ist leicht, den Namen ‚Geschmacksrezeptor‘ zu sehen und zu denken, dass dies das Ende der Geschichte ist, aber die Evolution kann und wird fast alles wiederverwenden, wenn es endet Dies unterstreicht die Möglichkeit, dass die scheinbar hyperspezialisierten Geschmacksrezeptoren flexibler sind als bisher angenommen.“