Halloween-Gene

Die Halloween-Gene sind eine Gruppe von Genen, welche für Cytochrom-P450-Enzyme codieren, die an der Biosynthese von Ecdysteroiden mitwirken. Sie sind an der Bildung von Ecdyson und Ecdysteron aus Cholesterol beteiligt und spielen damit eine wichtige Rolle im Häutungsprozess von Insekten. Die einzelnen Gene dieser Gruppe werden als spook, spookier, phantom (oder phm), disembodied (oder dib), shadow (oder sad) und shade bezeichnet. Erstmals untersucht wurden diese Gene in den frühen 1980er Jahren von den Forschungsgruppen der späteren Nobelpreisträger Eric F. Wieschaus und Christiane Nüsslein-Volhard an der Taufliege Drosophila melanogaster. Der Name bezieht sich auf eine Reihe von tödlichen Mutationen, welche die korrekte Ausbildung des Exoskelettes behindern. Es konnte gezeigt werden, dass bei Mutation eines dieser Gene die Versuchstiere starben, bevor das Exoskelett gebildet wurde.[1]

20-Hydroxyecdyson wird unter dem katalytischen Einfluss des vom shade-Gen codierten Cytochrom-P450-Enzyms synthetisiert.

Einzelbeschreibungen

Das spook-Gen codiert für das Enzym CYP307A1, welches in der Prothorax-Drüse exprimiert wird.[2] Zusammen mit CYP307A2, dem Genprodukt von spookier, vermittelt es die Bildung von Δ⁴-Diketol aus 7-Dehydrocholesterol.[1]

Das phantom-Gen codiert für die mikrosomale 25-Hydroxylase (CYP306A1). In den Corpora allata von Drosophilalarven wird dieses Gen besonders stark exprimiert.[3] Das gebildete Enzym CYP306A1 konvertiert 2,22,25dE-Ketodiol zu 2,22dE-Ketotriol.[1]

Das disembodied-Gen codiert für das Cytochrom-P450-Enzym CYP302A1. CYP302A1 katalysiert das Einfügen einer Hydroxygruppe an Position C-22 von 2,22,dE-Ketotriol, wodurch 2-Deoxyecdyson gebildet wird.[4] Mutationen dieses Gens führen zu einer Störung der Cuticula-Bildung und zu weiteren schweren Störungen der Morphogenese.[5]

Das shadow-Gen codiert für CYP315A1 und katalysiert die Synthese von Ecdyson aus 2-Deoxyecdyson.[1]

Das shade-Gen codiert für das Cytochrom-P450-Enzym CYP314A1, das das Einfügen einer Hydroxygruppe an Position C-20 in Ecdyson katalysiert, wodurch 20-Hydroxyecdysone gebildet wird. Dies ist der letzte Schritt der Biosynthese dieses Hormons.[6]

Einzelnachweise

Gilbert LI.: Drosophila is an inclusive model for human diseases, growth and development. In: Molecular and Cellular Endocrinology. 293, Nr. 1–2, 2008, S. 25–31. doi:10.1016/j.mce.2008.02.009. PMID 18374475.
Namiki T, Niwa R, Sakudoh T, Shirai K, Takeuchi H, Kataoka H.: Cytochrome ₄₅₀ CYP307A1/Spook: A regulator for ecdysone synthesis in insects. In: Biochemical and Biophysical Research Communications. 337, Nr. 1, 2005, S. 367–74. doi:10.1016/j.bbrc.2005.09.043. PMID 16188237.
Warren JT, Petryk A, Marqués G, Parvy JP, Shinoda T, Itoyama K, Kobayashi J, Jarcho M, Li Y, O’Connor MB, Dauphin-Villemant C, Gilbert LI.: Phantom encodes the 25-hydroxylase of Drosophila melanogaster and Bombyx mori: a P₄₅₀ enzyme critical in ecdysone biosynthesis. In: Insect Biochemistry and Molecular Biology. 34, Nr. 9, 2004, S. 991–1010. doi:10.1016/j.ibmb.2004.06.009. PMID 15350618.
Gilbert LI.: Halloween genes encode P₄₅₀ enzymes that mediate steroid hormone biosynthesis in Drosophila melanogaster. In: Molecular and Cellular Endocrinology. 215, Nr. 1–2, 2004, S. 1–10. doi:10.1016/j.mce.2003.11.003. PMID 15026169.
Chávez VM, Marqués G, Delbecque JP, Kobayashi K, Hollingsworth M, Burr J, Natzle JE, O’Connor MB.: The Drosophila disembodied gene controls late embryonic morphogenesis and codes for a cytochrome P₄₅₀ enzyme that regulates embryonic ecdysone levels. In: Development. 127, Nr. 19, 2000, S. 4115–26. PMID 10976044.
Petryk A, Warren JT, Marques G, Jarcho MP, Gilbert LI, Kahler J, Parvy JP, Li YT, Dauphin-Villemant C, O’Connor MB: Shade is the Drosophila P₄₅₀ enzyme that mediates the hydroxylation of ecdysone to the steroid insect molting hormone 20-hydroxyecdysone. In: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 100, Nr. 24, 2003, S. 13773–78. doi:10.1073/pnas.2336088100.

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[Gilbert2008-1] Gilbert LI.: Drosophila is an inclusive model for human diseases, growth and development. In: Molecular and Cellular Endocrinology. 293, Nr. 1–2, 2008, S. 25–31. doi:10.1016/j.mce.2008.02.009. PMID 18374475.

[2] Namiki T, Niwa R, Sakudoh T, Shirai K, Takeuchi H, Kataoka H.: Cytochrome ₄₅₀ CYP307A1/Spook: A regulator for ecdysone synthesis in insects. In: Biochemical and Biophysical Research Communications. 337, Nr. 1, 2005, S. 367–74. doi:10.1016/j.bbrc.2005.09.043. PMID 16188237.

[3] Warren JT, Petryk A, Marqués G, Parvy JP, Shinoda T, Itoyama K, Kobayashi J, Jarcho M, Li Y, O’Connor MB, Dauphin-Villemant C, Gilbert LI.: Phantom encodes the 25-hydroxylase of Drosophila melanogaster and Bombyx mori: a P₄₅₀ enzyme critical in ecdysone biosynthesis. In: Insect Biochemistry and Molecular Biology. 34, Nr. 9, 2004, S. 991–1010. doi:10.1016/j.ibmb.2004.06.009. PMID 15350618.

[4] Gilbert LI.: Halloween genes encode P₄₅₀ enzymes that mediate steroid hormone biosynthesis in Drosophila melanogaster. In: Molecular and Cellular Endocrinology. 215, Nr. 1–2, 2004, S. 1–10. doi:10.1016/j.mce.2003.11.003. PMID 15026169.

[5] Chávez VM, Marqués G, Delbecque JP, Kobayashi K, Hollingsworth M, Burr J, Natzle JE, O’Connor MB.: The Drosophila disembodied gene controls late embryonic morphogenesis and codes for a cytochrome P₄₅₀ enzyme that regulates embryonic ecdysone levels. In: Development. 127, Nr. 19, 2000, S. 4115–26. PMID 10976044.

[6] Petryk A, Warren JT, Marques G, Jarcho MP, Gilbert LI, Kahler J, Parvy JP, Li YT, Dauphin-Villemant C, O’Connor MB: Shade is the Drosophila P₄₅₀ enzyme that mediates the hydroxylation of ecdysone to the steroid insect molting hormone 20-hydroxyecdysone. In: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 100, Nr. 24, 2003, S. 13773–78. doi:10.1073/pnas.2336088100.