Spaetzle

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Spaetzle
Präkursor 326 Aminosäuren, 37.447 Da
Bezeichner
Externe IDs
Orthologe (Fruchtfliege)
Entrez 43256
UniProt P48607
Refseq (mRNA) NM_001144644.2
Refseq (Protein) NP_001138116.1
PubMed-Suche 43256

Spaetzle (auch Spätzle)[1] ist ein Protein der Fruchtfliege Drosophila melanogaster, das an der Embryonalentwicklung und an der Aktivierung der angeborenen Immunantwort beteiligt ist. Der Name wurde von der Nobelpreisträgerin Christiane Nüsslein-Volhard und Kollegen in Anlehnung an die Spätzle-artige Form der Larven von D. melanogaster geprägt,[2] wenn das Gen von Spaetzle homozygot mutiert ist und das dadurch codierte Protein nicht mehr funktionsfähig gebildet wird[3] (wie auch beim Gen des Proteins Nudel).[2]

Eigenschaften

Vergleich des Toll-Signalwegs in Säugern, Garnelen und Fruchtfliegen

Spaetzle bindet als Homodimer an den Toll-Rezeptor (ein dimerer Rezeptor)[4] in Fruchtfliegen. Durch alternatives Spleißen werden mehrere Isoformen von Spaetzle gebildet.[5] Spaetzle wird als Präprotein gebildet und nach Aktivierung der Serinprotease Spaetzle-processing Enzyme in die aktive Form gespalten. Nach Abspaltung der Signalsequenz entsteht Spaetzle (bestehend aus den Aminosäuren 26–326) und nach einer weiteren Spaltung das C-terminale Proteinfragment Spaetzle C106 (Aminosäuren 221–326).[6] Spaetzle besitzt Disulfidbrücken und ist glykosyliert.[6]

Embryonalentwicklung

In der Embryonalentwicklung der Fruchtfliegen ist Spaetzle an der Ausbildung der dorsoventralen Achse beteiligt.[7][5] In Folge der Aktivierung des Toll-Rezeptors in der Zellmembran der Embryonalzellen wird über eine Signaltransduktion der Transkriptionsfaktor Dorsal gebildet, mit einem Konzentrationsgradienten von ventral nach dorsal in den Zellkernen der Embryonalzellen im Blastodermstadium.[8] Das Protein Dorsal bestimmt die räumlich spezifische Genexpression vieler Gene der Zygote, die als Dorsal gene regulatory network bezeichnet werden.[8]

Angeborenes Immunsystem

Die Aktivierung des Spaetzle processing enzyme erfolgt durch Proteolyse nach Bindung von verschiedenen Bestandteilen von Pathogenen von D. melanogaster (gram-positive Bakterien, Hefen und andere Pilze) an Proteasen.[9] Nach Aktivierung des Toll-Rezeptors durch Bindung eines Spaetzle-Dimers wird intrazellulär am Toll-Rezeptor zunächst MyD88 gebunden und anschließend ein unbekanntes Adapterprotein, Tube und die Proteinkinase Pelle.[10] Im weiteren Verlauf wird dadurch Cactus proteolytisch abgebaut und der zuvor an Cactus gebundene Transkriptionsfaktor Dorsal-related Immunity Factor (DIF) freigesetzt, welcher in den Zellkern transportiert wird und als Dimer die Genexpression von antimikrobiellen Peptiden einleitet,[11] darunter des antifungalen Peptids Drosomycin.[12]

Einzelnachweise

  1. D. Stein, C. Nüsslein-Volhard: Multiple extracellular activities in Drosophila egg perivitelline fluid are required for establishment of embryonic dorsal-ventral polarity. In: Cell. Band 68, Nummer 3, Februar 1992, S. 429–440, PMID 1739964.
  2. a b Christiane Nüsslein-Volhard in Biologie – Schülerlexikon – Lernhelfer. In: lernhelfer.de. 2010, abgerufen am 18. Dezember 2018.
  3. E. Seifert, F. Müller-Holtkamp, D. Marcey, H. Jäckle: Injection of wild-type cytoplasm and poly(A) RNA provokes phenotype rescue in spätzle mutant Drosophila embryos. In: Roux's archives of developmental biology : the official organ of the EDBO. Band 196, Nummer 2, Februar 1987, S. 78–82, doi:10.1007/BF00402028, PMID 28305461.
  4. A. N. Weber, S. Tauszig-Delamasure, J. A. Hoffmann, E. Lelièvre, H. Gascan, K. P. Ray, M. A. Morse, J. L. Imler, N. J. Gay: Binding of the Drosophila cytokine Spätzle to Toll is direct and establishes signaling. In: Nature Immunology. Band 4, Nummer 8, August 2003, S. 794–800, doi:10.1038/ni955, PMID 12872120.
  5. a b Y. DeLotto, C. Smith, R. DeLotto: Multiple isoforms of the Drosophila Spätzle protein are encoded by alternatively spliced maternal mRNAs in the precellular blastoderm embryo. In: Molecular & general genetics : MGG. Band 264, Nummer 5, Januar 2001, S. 643–652, PMID 11212919.
  6. a b spz - Protein spaetzle precursor - Drosophila melanogaster (Fruit fly) - spz gene & protein. In: uniprot.org. 7. November 2018, abgerufen am 18. Dezember 2018 (englisch).
  7. D. Morisato, K. V. Anderson: The spätzle gene encodes a component of the extracellular signaling pathway establishing the dorsal-ventral pattern of the Drosophila embryo. In: Cell. Band 76, Nummer 4, Februar 1994, S. 677–688, doi:10.1016/0092-8674(94)90507-X, PMID 8124709.
  8. a b D. S. Stein, L. M. Stevens: Maternal control of the Drosophila dorsal-ventral body axis. In: Wiley interdisciplinary reviews. Developmental biology. Band 3, Nummer 5, 2014 Sep-Oct, S. 301–330, doi:10.1002/wdev.138, PMID 25124754, PMC 4724419 (freier Volltext).
  9. S. Kurata: Peptidoglycan recognition proteins in Drosophila immunity. In: Developmental & Comparative Immunology. Band 42, Nummer 1, Januar 2014, S. 36–41, doi:10.1016/j.dci.2013.06.006, PMID 23796791, PMC 3808481 (freier Volltext).
  10. S. Valanne, J. H. Wang, M. Rämet: The Drosophila Toll signaling pathway. In: Journal of Immunology. Band 186, Nummer 2, Januar 2011, S. 649–656, doi:10.4049/jimmunol.1002302, PMID 21209287.
  11. J. J. Sun, S. Xu, Z. H. He, X. Z. Shi, X. F. Zhao, J. X. Wang: Activation of Toll Pathway Is Different between Kuruma Shrimp and. In: Frontiers in Immunology. Band 8, 2017, S. 1151, doi:10.3389/fimmu.2017.01151, PMID 28979261, PMC 5611483 (freier Volltext).
  12. B. Lemaitre, E. Nicolas, L. Michaut, J. M. Reichhart, J. A. Hoffmann: The dorsoventral regulatory gene cassette spätzle/Toll/cactus controls the potent antifungal response in Drosophila adults. In: Cell. Band 86, Nummer 6, September 1996, S. 973–983, doi:10.1016/S0092-8674(00)80172-5, PMID 8808632.