Wie sich Fische veränderten Sauerstoffkonzentrationen anpassen
Globin X (GbX), das in Fischen, Reptilien und Amphibien Sauerstoff bindet, divergierte von einem gemeinsamen Vorläufer des Säugetier-Hämoglobins. GbX ist an der sauerstoffabhängigen Aktivierung des Natrium/Protonenaustauschs in der RBC-Membran (red blood cell) beteiligt, der genaue Mechanismus dabei ist aber noch kaum erforscht. Das EU-finanzierte Projekt GBX IN FISH RBCS (Expression and function of globin X in nucleated red blood cells of fish) untersuchte in einem multidisziplinären Ansatz die genaue Funktion von GbX. Mit dem Schwerpunkt auf der Umweltanpassung wurden hierfür molekulare und funktionelle Daten des rätselhaften Moleküls kombiniert. Die Analysen erfolgten an drei Lachsarten (Atlantischem Lachs, Meeressaibling und Regenbogenforelle) mit jeweils unterschiedlichem Temperatur- und Sauerstoffbedarf. Dabei wurden Bedingungen identifiziert (z. B. Temperaturwechsel und β-adrenerge Stimulation), die die Transkriptionsrate von GbX in Fisch-RBC, Leber- und Kiemenzellen erhöhen. Zwar veränderten Umweltveränderungen bei keinem der Transkripte die Produktionsrate, beeinträchtigten aber signifikant die Stabilität zweier Transkripte. Derzeit untersucht GBX IN FISH RBCS noch die Effekte von Hypoxie und Reoxygenierung, wobei sich bereits zeigt, dass GbX-Transkripte nur durch langfristigen Sauerstoffmangel beeinflusst werden. Insgesamt variiert die GbX-Expression stark zwischen einzelnen Fischen, sodass die genauen Bedingungen der Produktion noch weiter untersucht werden müssen. Um Effekte von Variationen bei N- und C-terminalen GbX-Verlängerungen zu testen, die nur bei diesem Molekül auftreten, generierte das Team mehrere Konstrukte der Kodierungssequenz von GbX bei Regenbogenforellen. Durch Lipidmodifikationen (Palmitoylierung) wird das Protein an Zellmembranen lokalisiert. Vor allem aber fand man heraus, dass nur der N-Terminus die Lokalisierung beeinflusst, andere Teile des Moleküls jedoch nicht. GBX IN FISH RBCS lieferte große Mengen neuer Daten zur Regulation der Genexpression bei Fischen, die nun insbesondere daraufhin analysiert werden müssen, ob die GbX-Expression von der β-adrenergen Stimulation abhängt. Zusammen mit einem ansässigen Unternehmen wurde ein Mikroplatten-Auslesesystem des Projekts getestet, das auch für die Biowissenschaften allgemein interessant werden dürfte. Fünf wissenschaftliche Beiträge wurden zur Veröffentlichung vorgelegt und die Ergebnisse auf drei internationalen Konferenzen präsentiert, was die Relevanz der Forschungen aufzeigt. Das Anwendungspotenzial ist im Hinblick auf die veränderte Dynamik der weltweiten Ökosysteme enorm, da vor allem die vom Aussterben bedrohten Fischarten betroffen sind.
Schlüsselbegriffe
Fische, Sauerstoffkonzentration, aquatisches Ökosystem, GbX, GBX IN FISH RBCS
