Sekretom

von Richard Bauer (Laborjournal-Ausgabe 05, 2007)

Vor sieben Jahren bescherten der niederländische Genetiker Harold Tjalsma und sein Team der -Omiken“-Familie Nachwuchs: Das Sekretom ist das gesamte Repertoire der löslichen Proteine, das eine Zelle in den Extrazellularraum sezerniert, einschließlich der Proteine, die direkt und indirekt an der Sekretion beteiligt ist (H Tjalsma et al., Microbiol Mol Biol Rev, 2000, 64(3):515-47).


Form- und Farbgene im Mantel

Daniel Jackson und Bernard Degnan von der University of Queensland, Australien, haben nun eine Gruppe von Genen identifiziert, die Form und Farbmuster der Schale von Haliotis asinina, dem Seeohr, kontrollieren. Sie spiegeln die örtlich begrenzte Expression spezifischer Gene im Mantel wider (BMC Biol 2006; 4:40).

Die Schale wird zum Teil bereits während der Embryonalentwicklung gebildet. Junge Mollusken besitzen aber noch eine weiche Hülle, den Protoconch, und verstärken diese erst in ihren ersten Lebenstagen durch Kalkabscheidungen. So wächst die Schale kontinuierlich mit der marinen Schnecke mit.

Die für die Sezernierung der Schalenproteine verantwortliche Struktur ist der sogenannte Mantel (Pallium). Er besteht aus der dorsalen Epidermis samt der sie unterlagernden Bindegewebs- und Muskelschicht. Der Mantel ist eine widerstandsfähige Haut, die den Eingeweidesack nach außen hin abschließt und mit ihm einen untrennbaren Komplex bildet, das Visceropallium.

Die Zellen auf der Manteloberfläche sondern ein kalkhaltiges Sekret ab, das zu Kalkkristallen erstarrt. Besonders ein Zellstreifen des Mantelepithels im Mündungsbereich der Schale ist für die Bildung dreier Schichten der Schale verantwortlich. In diesem Zellstreifen liegen nacheinander mehrere Drüsenzonen: Die am weitesten außen gelegene Zone bildet das Conchin der Schalenhaut (Periostrakum). Weiter innen werden die harte prismatische Kalzitschicht (Ostrakum) und die Perlmuttschicht (Hypostrakum) gebildet. Das Periostrakum ist eine organische Schicht, welche die Muschelschale gegen Umwelteinflüsse schützt und der ursprünglich weißen Kalkschicht ihre Farben verleiht. Da die Zellen zum Aufbau aller Schichten im Mündungsbereich des Schneckenhauseingangs liegen, ist es einer beschädigten Molluske auch möglich, ihr Haus an dieser Stelle vollständig zu rekonstruieren. Weiter innen liegende Schäden werden zwar auch repariert, jedoch nicht mehr mit allen Schalenschichten.

Je nachdem, an welcher Stelle im Mantel spezifische Gene exprimiert werden, lagern sich bestimmte Farbpigmente ein oder entstehen schalentypische Muster. Manche der Gene werden homogen in einer oder mehreren Mantelzonen exprimiert und sind an der Biomineralisierung der verschiedenen Schalenschichten beteiligt. Die Biomineralisierung erfolgt dabei extrazellulär durch die Anlagerung von Kalziumkarbonat und diversen organischen Makromolekülen. Andere Gene werden nur entlang der inneren oder äußeren Mantelfalten exprimiert (zum Beispiel Ferritin und Calmodulin, die wichtig für die Schalenkonstruktion sind), und spielen wahrscheinlich eine Rolle bei der Bildung und Modifizierung des Periostrakums.


Geordnete Sekretion

Die große Vielfalt der Farben, Strukturen und geometrischen Muster von Molluskenschalen ist also das Ergebnis der geordneten Sezernierung von Proteinen entlang des Mantels. Beim Betrachten einer Muschelschale schaut man deshalb auf die Abfolge der Genaktivität während eines Molluskenlebens.

Has-sometsuke heißt eines der von Jackson et al. identifizierten Gene, dessen Expressionsmuster genau mit dem Pigmentierungsmuster blauer Punkte auf der Schale des juvenilen Seeohrs übereinstimmt (siehe Photo).

Jackson und seine Kollegen identifizierten insgesamt 331 Gene, die Mantelproteine von
H. asinina kodierten. 26 Prozent davon, das sind 85 Gene, kodieren für sezernierte Proteine, wobei jedes Gen in einem spezifischen Areal des Mantels exprimiert wird und eine Rolle bei der Bildung von Form oder Farbmuster der Schale spielt.

Auch in höheren Vielzellern erkannte man die Bedeutung des Sekretoms, vor allem für die interzelluläre Kommunikation. Fakt ist, dass für die Aufrechterhaltung der meisten Gewebeverbände und ihrer speziellen biologischen Funktionen extrazellulär abgesonderte Moleküle benötigt werden.

Neue Proteine dank Datenbanken

In Mensch, Kugelfisch, Schwein und unlängst auch in der Maus hat man sich aufgrund der experimentell schwer zugänglichen Proteine alternativer Untersuchungsmethoden bedient. Mit Hilfe computergestützer Analysen wurden Datenbanken des Genoms und des Transkriptoms kombiniert. Auf der Suche nach Proteinen mit Eigenschaften von Signalpeptiden für den Transport aus der Zelle und fehlender Transmembrandomäne entdeckten Grimmond und seine Mitarbeiter dabei neue, sezernierte Moleküle in der Niere, im Muskel, Herz, Hoden, Hirn, Blase und im Verdauungstrakt der Maus (Grimmond et al., Genome Res. 2003; 13(6B):1350-9) . Sie identifizierten 2033 lösliche Proteine, von denen mehr als 25 Prozent unbekannt waren und über fünfzig Prozent humane Orthologe besitzen.

Bei der Analyse der funktionellen Eigenschaften der Proteine erkennt man die Bedeutung der Muschelschale als wissenschaftliches Modell. Die Architektur und Farbgebung der Molluskenhülle ist ein Abbild der Genexpression. In weniger farbenprächtigen Organismen, wie Maus oder Mensch, erschwert die räumlich und zeitlich äußerst spezifische Expression sezernierter Proteine in den einzelnen Gewebeverbänden deren Detektion und Analyse. So werden noch viele Forscherjahre ins Land ziehen müssen, bis die Geheimnisse des Sekretoms vollständig gelüftet werden.

Letzte Änderungen: 30.05.2007