Die vorliegende Dissertation befasst sich mit Analysen zur Funktion und Bedeutung der ABC-Transporter in der Taufliege Drosophila melanogaster. Dazu wurden die Aufgaben dieser Proteine in der Augenpigmentierung, im Vitamintransport und im Lipidmetabolismus genauer charakterisiert. Außerdem wurden Enzyme und Proteine, die an der Pigmentierung der Komplexaugen beteiligt sind, analysiert.
Es konnte ...
Zusammenfassung (Deutsch)
Die vorliegende Dissertation befasst sich mit Analysen zur Funktion und Bedeutung der ABC-Transporter in der Taufliege Drosophila melanogaster. Dazu wurden die Aufgaben dieser Proteine in der Augenpigmentierung, im Vitamintransport und im Lipidmetabolismus genauer charakterisiert. Außerdem wurden Enzyme und Proteine, die an der Pigmentierung der Komplexaugen beteiligt sind, analysiert.
Es konnte gezeigt werden, dass die ABC-Transporter White (W), Scarlet (St) und Brown (Bw) in subzellulären Kompartimenten der Malpighischen Gefäße von Drosophila melanogaster lokalisiert sind. Dort sind die Proteine funktionell voneinander abhängig, denn für die Stabilisierung und Integration in die Membran der intrazellulären Vesikel wird ein Dimerisierungspartner benötigt. Analog zum Komplexauge existieren in den Malpighischen Gefäßen die Heterodimere W/St und W/Bw. Eine bisher noch nicht beschriebene Funktion von W/Bw in den Exkretionsorganen ist der aktive Transport des essentiellen Vitamins Riboflavin zur intrazellulären Speicherung, woran auch W/St partiell beteiligt ist. Offensichtlich ist diese Akkumulierung unter Laborkonditionen nicht wichtig für das Überleben der Taufliege. Solange durch die Nahrungsquelle genügend Riboflavin zur Verfügung steht, sind auch entsprechende Mutanten ausreichend versorgt. ABCG2, ein humanes Homolog von Drosophila White, das ebenfalls als Riboflavin-Transporter beschrieben wurde, ist weder im Komplexauge noch in den Malpighischen Gefäßen in der Lage, die Funktion von White zu übernehmen.
Im zweiten Teil dieser Arbeit wurde erstmals eine detaillierte Untersuchung von Lipidgehalt und -verteilung in Drosophila melanogaster vorgenommen. Durch die Verwendung der drei Methoden Dünnschichtchromatographie, Gaschromatographie und Massenspektrometrie konnten Neutrallipide, Phospholipide und die Verteilung der Fettsäuren dargestellt werden. Zahlreiche Lipidanalysen zeigen, dass das Lipidmuster in Drosophila durch unterschiedliche Faktoren beeinflusst wird. Von besonderer Bedeutung sind die unerwartete Variabilität in Wildtypstämmen und der Einfluss des ABC-Transporters White, welcher bei der Verwendung des UAS-GAL4-Systems fehlexprimiert wird. Daher ist es wichtig, die erhaltenen Ergebnisse durch mehrere experimentelle Ansätze zu überprüfen, um sie richtig interpretieren zu können. Zu beachten ist, dass ein reduzierter Lipidgehalt das Verhalten von Drosophila in vielen Experimenten beeinflussen kann, auch wenn es sich dabei aufgrund von unterschiedlicher genetischer Herkunft der Mutanten möglicherweise nicht um einen Phänotyp handelt. Diese Beobachtungen verdeutlichen, wie wichtig die Auswahl der richtigen Kontrollen in der Forschung ist.
Innerhalb dieser Lipidanalysen konnten sowohl in zahlreichen Augenpigmentierungsmutanten als auch bei den knock-downs von ABCA- und ABCG-Transportern interessante Phänotypen festgestellt werden. Mutationen in einzelnen Untereinheiten des AP-3-Komplexes haben beispielsweise einen drastischen Effekt auf den Protein- und Lipidgehalt. Auch Mitglieder der ABC-Transporter, die, wie ihre humanen Homologe, den Lipidmetabolismus direkt oder indirekt beeinflussen, konnten in Drosophila identifiziert werden. Beispiele hierfür sind white und Atet sowie bisher noch nicht genauer charakterisierte Gene wie CG3164 und CG9664. Hier sind jedoch weitere Untersuchungen notwendig, um deren Funktion im Lipidstoffwechsel verstehen zu können.
Übersetzung der Zusammenfassung (Englisch)
In this dissertation the function and relevance of Drosophila melanogaster ABC-transporters within eye pigmentation, vitamin transport and lipid metabolism were characterized. Additionally we analyzed other proteins, which are involved in eye pigmentation.
It could be shown that the ABC-proteins White (W), Scarlet (St) and Brown (Bw) are localized in subcellular compartments of the Drosophila ...
Übersetzung der Zusammenfassung (Englisch)
In this dissertation the function and relevance of Drosophila melanogaster ABC-transporters within eye pigmentation, vitamin transport and lipid metabolism were characterized. Additionally we analyzed other proteins, which are involved in eye pigmentation.
It could be shown that the ABC-proteins White (W), Scarlet (St) and Brown (Bw) are localized in subcellular compartments of the Drosophila melanogaster Malpighian tubules, where they functionally interact. As described for the compound eye, the existing heterodimers in the Malpighian tubules are W/St and W/Bw. One function of W/Bw in the excretory organs is the transport of riboflavin, an essential vitamin, for intracellular storage. Apparently in laboratory conditions this accumulation is not necessary for the survival of Drosophila. ABCG2, a human homologue of Drosophila White, has also been described to be a riboflavin transporter. We could show that this human protein is not able to take over the function of White both in the compound eye and in the Malpighian tubules.
Furthermore the lipid content and the distribution of lipids in Drosophila melanogaster were analyzed in detail using thin layer chromatography, gas chromatography and mass spectrometry. Thereby neutral lipids, phospholipids and the distribution of fatty acids could be examined. Our data show that the lipid pattern of Drosophila is influenced by a variety of factors. Of particular importance are the variability of lipids in wild type strains and the influence of the ABC-transporter White, which is often misexpressed when applying the UAS-GAL4-system. Therefore the present results have to be verified using different experimental approaches. A reduced lipid content might influence the behaviour of Drosophila in a high number of experiments, which points up the importance of choosing an appropriate control. Within these analyses lipid phenotypes could be identified both in eye pigmentation mutants and in ABCA- and ABCG-transporter RNAi-flies. Mutations in single subunits of the AP-3-complex for example have a strong effect on the amount of protein and the lipid content. Additionally we could identify Drosophila ABC-transporters, which influence the lipid metabolism similar to their human homologues, like white and Atet as well as so far uncharacterized genes like CG3164 and CG9664. To be able to understand their function in lipid metabolism further analyses are required.
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