Insect Resilin

Molecular Anchoring of Resilin in the Elastic Cuticle of Insects

15.01.2018 bis 14.01.2021

Um Fortbewegung und Körperbeweglichkeit zu ermöglichen, besteht die Insektenkutikula aus harten und weichen Einheiten. Eine bekannte Komponente der weichen Kutikula ist das Resilin, eine Gummi-artige Protein-Matrix, die seit den 60ern des letzten Jahrhunderts in verschiedenen Insekten entdeckt wurde. Ein Hauptmerkmal von Resilin ist die Quervernetzung von Resilin Monomeren (Pro-Resilin) durch Di-Tyrosine, die verantwortlich für die Elastizität von Resilin sind. Die Autofluoreszenz von Di-Tyrosinen wurde quasi als indirekten Nachweis für das Vorhandensein von Resilin auf makroskopischer Ebene verwendet. Die molekular-histologische Organisation von Resilin-haltiger Kutikula ist hingegen bisher nicht untersucht worden. Es nicht einmal bekannt, ob Resilin aus einem oder mehreren Proteinen besteht. Außerdem ist trotz der vielfältigen Arbeiten über die mechanischen Eigenschaften von Resilin, die Bedeutung von Resilin für die Fitness, die Leistungsfähigkeit und Verhalten der Insekten kaum erforscht.
Im vorliegenden Projekt sollen mit Hilfe der Taufliege Drosophila melanogaster die molekular-histologischen und biologischen Aspekte von Resilin studiert werden. Wir werden dazu zwei Strategien flankiert von einem Evolutions-Ansatz anwenden. 1) Ein chimäres Pro-Resilin-GFP Protein, das vom endogenen Promotor exprimiert wird, dient dazu, in lebenden Fliegen die Lokalisierung von Resilin in Korrelation zur Autofluoreszenz von Di-Tyrosin direkt zu bestimmen. Die entsprechenden Zellen sowie die Verankerung von Resilin in der Kutikula werden in Konfokal- und Transmissionen Elektronen-mikroskopischen Experimenten charakterisiert. 2) Die Resilin Funktion wird in RNAi oder Crispr/Cas9 Experimenten reduziert oder eliminiert; die Effekte werden auf organismischer und ultrastruktureller Ebene untersucht. Vorläufige Ergebnisse unterstreichen den Erfolg dieses Projekts. Wie erwartet wird Resilin im Flügelgelenk exprimiert; folgerichtig zeigen RNAi oder Crispr-Fliegen einen Flügel-Haltungsdefekt. Es soll auch die Möglichkeit überprüft werden, ob die Resilin-Matrix nicht aus einem einzigen, sondern mehreren Proteinen zusammengesetzt ist; dazu werden die potentiellen Pro-Resilin-redundanten Proteine Cpr56F und Muc91 genetisch und histologisch untersucht. Im flankierenden Evolutions-Ansatz soll der Frage nach der Anzahl von Resilin-ähnlichen Proteinen in einer Art anhand der Bettwanze Cimex lectularius nachgegangen werden. Im Cimex Genom befinden sich sechs Gene, die für Proteine kodieren, die dem Taufliegen Resilin ähnlich sind. Durch in-situ und RNAi Experimente werden die Kandidaten für die Resilin-haltigen Kutikularegionen dieses Insekts identifiziert werden. Mit diesem Ansatz behandeln wir einen wichtigen ersten Gesichtspunkt der Frage nach der Evolution der Resiline in Insekten.
Zusammengenommen wird das Projekt zum Verständnis der Resilin-Funktion in Insekten von der Ebene der Molekular-Histologie bis zur biologisch-organismischen Ebene substanziell beitragen.