Protein ermöglicht Pfeilgiftfröschen die sichere Ansammlung von Giftstoffen, wie eine Studie zeigt

Laut einer Studie haben Wissenschaftler das Protein identifiziert, das Pfeilgiftfröschen dabei hilft, ihre namensgebenden Giftstoffe sicher anzusammeln veröffentlicht heute in eLife. Die Ergebnisse lösen ein seit langem bestehendes wissenschaftliches Rätsel und könnten mögliche therapeutische Strategien zur Behandlung von Menschen vorschlagen, die mit ähnlichen Molekülen vergiftet wurden.

Alkaloidverbindungen wie Koffein machen Kaffee, Tee und Schokolade köstlich und angenehm zu konsumieren, können aber in großen Mengen schädlich sein. Beim Menschen kann die Leber geringe Mengen dieser Verbindungen sicher verstoffwechseln. Winzige Pfeilgiftfrösche nehmen in ihrer Nahrung weitaus mehr giftige Alkaloide zu sich, aber anstatt die Giftstoffe abzubauen, reichern sie sie in ihrer Haut an, als Abwehrmechanismus gegen Fressfeinde.

„Es ist seit langem ein Rätsel, wie Pfeilgiftfrösche hochgiftige Alkaloide durch ihren Körper transportieren können, ohne sich selbst zu vergiften“, sagt Hauptautorin Aurora Alvarez-Buylla, Doktorandin. Student am Fachbereich Biologie der Stanford University in Kalifornien, USA. „Wir wollten diese Frage beantworten, indem wir nach Proteinen suchten, die Alkaloide im Blut von Giftfröschen binden und sicher transportieren könnten.“

Alvarez-Buylla und ihre Kollegen verwendeten eine dem Giftfrosch-Alkaloid ähnliche Verbindung als eine Art „molekularen Angelhaken“, um Proteine ​​in Blutproben des Diablito-Giftfrosches anzuziehen und zu binden. Die alkaloidähnliche Verbindung wurde biotechnologisch so verändert, dass sie unter fluoreszierendem Licht leuchtet, sodass das Team die Proteine ​​sehen konnte, wie sie sich an diesen Lockvogel binden.

Als nächstes trennten sie die Proteine, um zu sehen, wie jedes einzelne mit Alkaloiden in einer Lösung interagierte. Sie entdeckten, dass ein Protein namens Alkaloid-bindendes Globulin (ABG) wie ein „Toxinschwamm“ wirkt, der Alkaloide sammelt. Sie identifizierten auch, wie das Protein an Alkaloide bindet, indem sie systematisch testeten, welche Teile des Proteins für eine erfolgreiche Bindung erforderlich waren.

„Die Art und Weise, wie ABG Alkaloide bindet, ähnelt der Art und Weise, wie Proteine, die Hormone im menschlichen Blut transportieren, ihre Ziele binden“, erklärt Alvarez-Buylla. „Diese Entdeckung könnte darauf hindeuten, dass die hormonregulierenden Proteine ​​des Frosches die Fähigkeit entwickelt haben, mit Alkaloidtoxinen umzugehen.“

Die Autoren sagen, dass die Ähnlichkeiten mit menschlichen Hormontransportproteinen einen Ausgangspunkt für Wissenschaftler darstellen könnten, um zu versuchen, menschliche Proteine ​​biotechnologisch zu entwickeln, die Giftstoffe „aufsaugen“ können. „Wenn solche Bemühungen erfolgreich sind, könnte dies eine neue Möglichkeit zur Behandlung bestimmter Arten von Vergiftungen bieten“, sagt die leitende Autorin Lauren O’Connell, Assistenzprofessorin am Fachbereich Biologie und Mitglied des Wu Tsai Neurosciences Institute an der Stanford University .

„Über die potenzielle medizinische Relevanz hinaus haben wir ein molekulares Verständnis eines grundlegenden Teils der Giftfroschbiologie erlangt, das für zukünftige Arbeiten zur Biodiversität und Entwicklung chemischer Abwehrkräfte in der Natur wichtig sein wird“, schließt O’Connell.