Forschungszentrum Karlsruhe - Wissenschaftliche Berichte - FZKA 7613

Nutrionomik: Analyse nahrungsabhängiger Gen- und Proteinregulation in Drosophila melanogaster (Meigen)

Steffen Walther

Zusammenfassung
Die Ernährung spielt eine wichtige Rolle für jeden Organismus. Die Aufnahme und Verwertung finden sich in allen Lebewesen in einem mehr oder weniger komplexen System wieder. Ernährung ist eine Grundbedingung für Leben. Die Identifikation und Charakterisierung von Signalwegen, die für die Ernährung wichtig sind, ist daher seit langer Zeit Ziel vieler Forscher. Die Verfügbarkeit von Mikroarrays half, erste umfangreiche Analysen des Transkriptoms durchzuführen. Der Vergleich von differenziell gefütterten Larven des Modellorganismus Drosophila melanogaster ermöglichte es, Gene zu identifizieren, die eine zuckerspezifische Regulation aufwiesen. Eines dieser Gene war sugarbabe, das durch seine schnelle und starke Induktion besonders auffiel. In dieser Arbeit wurde gezeigt, dass sugarbabe durch chico, eine Komponente des Insulinsignalweges, nicht reguliert wird. So konnte gezeigt werden, dass das adipokinetische Hormon (akh) und das C/EBP-Homolog slbo Einfluss auf die Expression von sug aufweisen.

Da die Expression von mRNS und deren Proteine oftmals nicht korreliert, sollten die Daten der Mikroarrays mit Hilfe von zweidimensionaler Gelelektrophorese und Massenspektrometrie überprüft und wenn möglich ergänzt werden. Hierfür war es notwendig, die benötigten Techniken am Institut zu etablieren. Vergleicht man die Daten der Mikroarray-Experimente mit denen der 2D-GE, so fällt auf, dass viele Proteine eine abweichende Regulation aufweisen. Besonders interessant ist dabei EF-1-α48D, ein Elongationsfaktor, der eine wichtige Rolle bei der Proteinbiosynthese spielt und somit für die Regulation weiterer Proteine verantwortlich zeichnen könnte. Die Arbeit konnte zeigen, dass Mikroarrays ein wichtiges Hilfsmittel bei der Erforschung von Regulationsmechanismen sind. Zusätzliche Techniken, wie die Proteomik, sind aber essentiell für einen globalen und umfassenden Einblick in die komplexen Regelwerke nieder- und höherorganisierter Organismen.

Nutrionomic: Analysis of feeding dependant gene and protein regulation in Drosophila melanogaster (Meigen)

Abstract
Feeding is essential for every organism. Uptake and utilization of nutrition are taking place in all animals in a more or less complex system. Feeding is a fundamental condition for life. Identification and characterization of signal pathways important for nutrition is an aim for many researchers for a long time. With the availability of microarrays first substantial analyses of the transcriptome were possible. Using Drosophila melanogaster as a model organism and comparing differentially fed larvae it was possible to identify genes that are regulated in a sugar dependant manner. One of these genes was called sugarbabe that showed a strong and fast induction upon sugar. In this study it could be shown that sugarbabe is not affected by chico which is a component of the insulin signalling pathway. So it could be shown that the adipokinetic hormone (akh) and the C/EBP-homolog slbo affected the regulation of sugarbabe. In many cases the expression data of mRNA and their corresponding proteins do not correlate. The microarray data should be validated and if possible supplemented by additional two-dimensional gel electrophoresis and subsequent mass spectrometry.

Therefore it was necessary to establish this technique at the institute. Comparing the data out of the microarray experiments with the 2D gel electrophoresis many proteins show a divergent regulation. Of particular importance is EF-1-α48D, an elongation factor that plays an important role in protein-biosynthesis. So it could be responsible for regulation of additional proteins.

The study could show that microarrays are an important tool for the investigation of regulatory mechanisms. Additional techniques like proteomics are equally essential for a global and comprehensive insight in the complex control installation of lower and higher organisms.

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