idw – Informationsdienst Wissenschaft

Nachrichten, Termine, Experten

Grafik: idw-Logo
Science Video Project
idw-Abo

idw-News App:

AppStore

Google Play Store



Instance:
Share on: 
02/28/2022 17:33

Als die Synapsen-Bausteine knapp wurden: Bayreuther Biologen erklären Proteinaustausch während der Wirbeltier-Evolution

Christian Wißler Pressestelle
Universität Bayreuth

    Die elektrischen Synapsen in Wirbeltieren sind aus anderen, aber keineswegs leistungsstärkeren Proteinen aufgebaut als die elektrischen Synapsen in den weitaus älteren wirbellosen Tieren. Tierphysiologen der Universität Bayreuth haben für dieses Rätsel der Evolution jetzt erstmals eine Erklärung gefunden: In der Frühphase der Wirbeltierentwicklung kam es zu einem Verlust der Vielfalt genau derjenigen Proteine, die in älteren wirbellosen Tieren für die Signalübertragung verwendet wurden. In der Zeitschrift eLife haben die Wissenschaftler ihre Entdeckung veröffentlicht.

    Elektrische Synapsen stellen Verbindungen zwischen benachbarten Zellen her und sind für die Signalübertragung im Organismus von zentraler Bedeutung. Vor der Evolution der Wirbeltiere wurden sie aus Innexinen, einer Familie von Proteinen mit sehr verschiedenartigen Funktionen, gebildet. So übernehmen aus Innexinen bestehende Synapsen beispielsweise wichtige Funktionen in den Nervenschaltungen im Gehirn von Insekten. In Wirbeltieren jedoch, so wurde lange Zeit vermutet, bestehen elektrische Synapsen nicht aus Innexinen, sondern ausschließlich aus Connexinen. Die neue Studie der Bayreuther Tierphysiologen Dr. Georg Welzel und Prof. Dr. Stefan Schuster liefert für diese Annahme jetzt erstmals eine umfassende wissenschaftliche Bestätigung: Es gibt keine wirbellosen Tiere, deren elektrische Synapsen Connexine enthalten. Und umgekehrt finden sich in Wirbeltieren keine elektrischen Synapsen, die aus den in wirbellosen Tieren zur Signalübertragung verwendeten Innexinen bestehen.

    Dieser Befund erscheint rätselhaft, weil die aus Connexinen bestehenden Synapsen den Wirbeltieren keinen evolutionären Vorteil verschaffen. Hinsichtlich ihrer Funktionen bei der Signalübertragung sind sie den auf Innexinen basierenden Synapsen nicht überlegen. Mehr noch: Wirbeltiere produzieren nach wie vor Innexine, setzen sie aber nicht in elektrischen Synapsen ein. Es muss daher einen anderen Grund dafür gegeben haben, dass im Verlauf der Evolution der Wirbeltiere die Bausteine der Synapsen ausgewechselt wurden. Die Erklärung haben die Bayreuther Wissenschaftler jetzt entdeckt: In der Frühphase der Wirbeltierentwicklung ist die Vielfalt der Innexine dramatisch zurückgegangen. Übrig blieb nur noch ein einziges Innexin, das für die Verwendung in Synapsen ungeeignet war und andere Funktionen im Organismus der Wirbeltiere – beispielsweise die Freisetzung von Signalmolekülen– übernehmen musste. Nicht eine überlegene Funktionalität der Connexine, sondern ein Mangel an Innexinen hat im Verlauf der Evolution der Wirbeltiere zu einem kompletten Austausch der Synapsen-Proteine geführt. „Unsere Befunde legen nahe, dass ein sogenannter genetischer Flaschenhals zu Beginn der Wirbeltierevolution zu dem massiven Verlust der Innexin-Vielfalt geführt hat“, sagt Dr. Georg Welzel.

    Schon in den älteren wirbellosen Tieren haben, wie die Studie ebenfalls belegt, Innexine wichtige Funktionen außerhalb der elektrischen Synapsen. Bei Wirbeltieren haben sich aus dem verbliebenen Innexin drei hoch-konservierte Formen entwickelt, die aber als glykosylierte Proteine vorkommen. Dies bedeutet, dass sie eine chemische Bindung mit Kohlenhydraten eingegangen sind. Dadurch sind sie als Bausteine für Synapsen endgültig ungeeignet, gleichzeitig aber als Bausteine der Evolution konserviert. „Die Fortexistenz der Innexine im Organismus von Wirbeltieren und die extreme Konservierung während der Evolution deuten darauf hin, dass sie ganz andere sehr wichtige Funktionen haben. Trotz ihrer vermutlich großen Bedeutung sind diese Funktionen noch unbekannt, und es ist in Zukunft wichtig, sie herauszufinden“, sagt Prof. Dr. Stefan Schuster.


    Contact for scientific information:

    Prof. Dr. Stefan Schuster
    Tierphysiologie
    Universität Bayreuth
    Telefon: +49 (0)921 55-2470
    E-Mail: stefan.schuster@uni-bayreuth.de


    Original publication:

    Georg Welzel, Stefan Schuster: Connexins evolved after early chordates lost innexin diversity. eLife (2022), DOI: https://doi.org/10.7554/eLife.74422


    Images

    Dr. Georg Welzel, Universität Bayreuth.
    Dr. Georg Welzel, Universität Bayreuth.
    Foto: UBT / Christian Wißler.

    Im Rahmen der Studie wurden evolutionäre Stammbäume erstellt, um die Vielfalt der Innexine bei Wirbeltieren und wirbellosen Tieren zu analysieren.
    Im Rahmen der Studie wurden evolutionäre Stammbäume erstellt, um die Vielfalt der Innexine bei Wirbe ...
    Grafik: Georg Welzel.


    Criteria of this press release:
    Business and commerce, Journalists, Students, Teachers and pupils, all interested persons
    Biology
    transregional, national
    Research results, Scientific Publications
    German


     

    Dr. Georg Welzel, Universität Bayreuth.


    For download

    x

    Im Rahmen der Studie wurden evolutionäre Stammbäume erstellt, um die Vielfalt der Innexine bei Wirbeltieren und wirbellosen Tieren zu analysieren.


    For download

    x

    Help

    Search / advanced search of the idw archives
    Combination of search terms

    You can combine search terms with and, or and/or not, e.g. Philo not logy.

    Brackets

    You can use brackets to separate combinations from each other, e.g. (Philo not logy) or (Psycho and logy).

    Phrases

    Coherent groups of words will be located as complete phrases if you put them into quotation marks, e.g. “Federal Republic of Germany”.

    Selection criteria

    You can also use the advanced search without entering search terms. It will then follow the criteria you have selected (e.g. country or subject area).

    If you have not selected any criteria in a given category, the entire category will be searched (e.g. all subject areas or all countries).