Funktionelle Untersuchungen von Arthropoden-Hämocyanin in vivo und in vitro
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Hämocyanine sind respiratorische Kupferproteine, die in vielen Arthropoden dem Transport von Sauerstoff dienen. Lange Zeit wurde angenommen, dass Hexapoden (Insekten) kein Hämocyanin besitzen, sondern das Tracheensystem zur Sauerstoffversorgung ausreicht. Tatsächlich jedoch konnten wir zeigen, dass in den meisten basalen Insekten Hämocyanin besitzen. Damit stand die Frage im Raum, welche Bedeutung das Hämocyanin neben dem Tracheensystem besitzt. Wir haben daher versucht, mittels RNA-Interferenz Hämocyanin in diversen Hexapoden auszuschalten, was aber aus verschiedenen Gründen nicht gelang. Offenbar wird Hämocyanin nur in wenigen Taxa (Springschwänze, Fischchen und Steinfliegen) auch in adulten Stadien exprimiert, sind aber zumindest in Schaben und Heuschrecken die Sauerstoffversorgung in Embryonen verbessert. Überraschenderweise konnten wir in Fangschrecken erstmalig ein Hämocyanin intrazellulär (in Hämocyten) nachweisen, was für eine Funktion im Immunsystem hindeutet. Weiterhin haben wir die Verteilung von Hämocyanin bei verschiedenen Collembolen (Springschwänze) untersucht, wobei bei den meisten Arten tatsächlich vorhanden ist, und nicht von der Lebensweise abhängt. Unter Sauerstoffmangel (Hypoxie) wird Hämocyanin in Collembolen bis zu 4000-fach höher exprimiert, was auf eine wichtige Rolle bei der Sauerstoffversorgung hindeutet. In weiteren Experimenten gelang die rekombinante Expression, Rekonstruktion und Cryo-TEM-Darstellung der Hexamerins LSP2 von Drosophila melanogaster, nicht jedoch die Erstellung eines nativen, rekombinaten Hämocyanins, wobei sich der Kupfereinbau als der aktuell unüberwindliche Schritt herausstellte. Ferner wurden Hämocyanine erstmalig in Muschelkrebsen (Ostracoda) und Fischläusen (Branchiura) nachgewiesen, was eine weitere Verbreitung der Hämocyanine bei Krebsen zeigt, als bislang angenommen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2012) The diversity and evolution of chelicerate hemocyanins. BMC Evol. Biol. 12, 19
Rehm, P., Pick, C., Borner, J., Markl, J., and Burmester, T.
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(2013) Characterization of hemocyanin from the two freshwater shrimps Caridina multidentata (Stimpson, 1860) and Atyopsis moluccensis (De Haan, 1849). J. Comp. Physiol. B 183, 613-624
Marxen, J., Pick, C., Kwiatkowski, M., and Burmester, T.
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(2013) Evolution and adaptation of hemocyanin within spiders. In: Spider Ecophysiology (Nentwig, W., ed.), Springer, Heidelberg, pp. 3-14
Burmester, T.
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(2013) Molecular characterization and allosteric regulation of O2 binding in hemocyanin of the giant African millipede, Archispirostreptus gigas. J. Exp. Biol. 216, 1616-1623
Damsgaard, C., Fago, A., Hagner-Holler, S., Malte, H., Burmester, T., and Weber, R.E.
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(2014) Occurrence of hemocyanin in ostracod crustaceans. J. Mol. Evol. 79, 3-11
Marxen, J., Pick, C., Oakley, T., and Burmester, T.
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(2014) Structure, diversity and evolution of myriapod hemocyanins. FEBS J. 281, 1818-1833
Pick, C., Scherbaum, S., Hegedüs, E., Meyer, A., Saur, M., Neumann, R., Markl, J., and Burmester, T.
