Chitin synthetisierende Superkomplexe (ChiSC) bei Insekten: Analyse der Bestandteile und ihrer Funktionen

• Antragsteller: Professor Dr. Hans Merzendorfer
• Fachliche Zuordnung: Biochemie und Physiologie der Tiere
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 469339897

Chitinhaltige Nanofibrillen sind vielseitige Strukturkomponenten unterschiedlicher Typen extrazellulärer Matrices, wie zum Beispiel der Cuticula und peritrophischen Matrix von Insekten. Proteine, die an der Biosynthese von Chitin beteiligt sind, stellen attraktive Ziele für die Entwicklung umweltfreundlicher Insektizide dar. Die Entwicklung dieses Forschungsfeldes befindet sich jedoch noch in einem frühen Stadium, da es an Kenntnissen über die genaue Zusammensetzung von Chitin-Synthese-Komplexen mangelt und die Funktionen von Proteinen, die für postkatalytische Schritte notwendig sind, nur unzureichend untersucht sind. Unsere zentrale Hypothese ist, dass die Chitin-Biogenese von Chitin-synthetisierenden Superkomplexen (ChiSC) abhängt, die verschiedene nicht-katalytische und katalytische Funktionen vereinen, welche für die Orchestrierung der Bildung von Chitin-Nanofibrillen erforderlich sind. Unsere bisherigen Arbeiten deuten darauf hin, dass bestimmte Chitinasen, Chitin-bindende Proteine, Chitin-Deacetylasen und möglicherweise auch ABC-Transporter im Verlauf der Chitin-Biogenese physikalisch mit der Chitinsynthase (CHS) interagieren. Wir haben bereits begonnen, die Struktur, Funktion und Regulation einiger dieser Kandidaten für ChiSC-Bestandteile zu untersuchen. Um mehr über die Kernkomponenten des Insekten-ChiSC zu erfahren, werden wir eine vergleichende Studie mit zwei phylogenetisch entfernten, aber gut etablierten Modellinsekten für die Chitin-Biosynthese durchführen, Tribolium castaneum und Locusta migratoria. In einer gemeinsamen Forschungsanstrengung der chinesischen und deutschen Partner werden dabei im Wesentlichen vier Ziele verfolgt: 1) Identifizierung neuer ChiSC-Bestandteile und Analyse der ChiSC-Lokalisierung, Assemblierung und Disassemblierung, 2) Charakterisierung der Funktion einzelner ChiSC-Komponenten und ihres Einflusses auf die Organisation der Chitin-Nanofibrillen in der Cuticula von Elytren, 3) Funktionelle Ko-Expression von CHS und ChiSC-Bestandteilen sowie biochemische Analyse der CHS-Aktivität und der Grenzflächeninteraktionen und 4) Hochgeschwindigkeits-AFM-Analysen, um die Effekte einzelner ChiSC-Komponenten und mutierter Versionen auf die Kinetik der Bildung von Chitin-Nanofibrillen zu untersuchen. Die erwarteten Ergebnisse werden nicht nur zu neuen Erkenntnissen über die Zusammensetzung der basalen Maschinerie der Chitinbiosynthese und dem zugrundeliegenden Mechanismus bei Insekten führen, sondern auch potenzielle Angriffspunkte für die Entwicklung neuer Insektizide aufzeigen, welche die Chitinsynthese inhibieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: China
• Partnerorganisation: National Natural Science Foundation of China
• Kooperationspartnerin: Professorin Dr. Qing Yang