Doppelter Schutz vor Selbsterkennung

Hefezellen verhindern, dass sie bei einer versehentlichen Fehlproduktion auf eigene Signale reagieren

Hefezellen senden und empfangen spezifische Pheromone zur Paarung, müssen jedoch eine Reaktion auf eigene Signale (autokrines Signaling) vermeiden. Forschende am Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie entdeckten einen zusätzlichen Schutzmechanismus: Das eigene Pheromon fängt intern versehentlich gebildete Fremdrezeptoren ab, bevor diese die Zelloberfläche erreichen. Dieses Prinzip könnte universell für Eukaryoten gelten und auch für Immunreaktionen sowie Wachstumssignale von Bedeutung sein.

Auf den Punkt gebracht:

• Hefezellen erkennen sich durch unterschiedliche Sexualpheromone und spezifische Rezeptoren.
• Dieses Prinzip ist nicht vollständig zuverlässig: Eine versehentliche Produktion des „Fremd-Rezeptors“ könnte dazu führen, dass Zellen auf die eigenen Signale reagieren. 
• Die Forschenden unter der Leitung von Prof. Dr. Victor Sourjik fanden nun einen bisher unbekannten Korrekturmechanismus, der die Zelle zusätzlich vor Selbsterkennung schützt. 
• Der Mechanismus könnte ein universelles Prinzip in Eukaryoten sein, da er hilft, autokrines Signaling zu verhindern. Dies ist relevant für Immunreaktionen und Wachstumssignale, wo Kontrollversagen schwerwiegende Folgen haben kann.

Bei anderen Organismen werden die Geschlechter als „männlich“ und „weiblich“ bezeichnet, bei Hefezellen spricht man von „Paarungstypen“. Wie erkennen Hefezellen den jeweils anderen Typ? Anders formuliert: Wie unterscheiden sie „Selbst“ von „Nicht-Selbst“? Das Prinzip ist einfach: Die beiden Partner geben unterschiedliche Sexualpheromone ab und tragen auf ihrer Zelloberfläche Rezeptoren, die ausschließlich das Sexualpheromon des jeweils anderen Paarungstyps binden.  

Obwohl beide Paarungstypen genetische Baupläne für beide Pheromon- und Rezeptortypen besitzen, sollte eine Zelle nur den eigenen Rezeptor produzieren. Diese Regulation erfolgt üblicherweise auf genetischer Ebene, etwa durch Unterdrückung der Genexpression. Unter normalen Bedingungen ist die Aktivität des „Fremd-Rezeptors“ nicht messbar, und die Zellen reagieren nicht auf ihr eigenes Pheromon.  

Fremd-Rezeptor in Eigenproduktion

Das Team um Prof. Dr. Victor Sourjik entdeckte überraschend, dass bei Unterdrückung der Pheromonproduktion die Aktivität des Fremd-Rezeptors in der Zelle messbar war. Offenbar wurde der Rezeptor, der normalerweise nur beim Paarungspartner vorkommt, in geringer Menge eigenproduziert. Wie verhindert die Hefezelle eine Reaktion auf das eigene Pheromon? „Eine Reaktion auf eigene Signale würde nicht nur die Paarung beeinträchtigen, sondern auch die Fitness mindern“, erläutert Dr. Alexander Anders.  

Bei näherer Untersuchung entdeckte das Team einen bislang unbekannten Schutzmechanismus: Das eigene Pheromon bindet den Fremd-Rezeptor bereits innerhalb der Zelle und eliminiert ihn, bevor er die Zelloberfläche erreicht. Nur die korrekten Rezeptoren, die die Signale des anderen Paarungstyps erkennen, gelangen an die Oberfläche. „Dass ein Rezeptor im Zellinneren durch sein eigenes Signal abgefangen wird, zeigt, dass Zellen viel früher und präziser kontrollieren, als bisher angenommen“, erklärt der Mikrobiologe. „Das Prinzip ähnelt dem Training von T-Zellen des Immunsystems während der Zellreifung – auch hier muss die Zelle lernen, nicht auf eigene, sondern nur auf fremde Zellen und Moleküle zu reagieren.“ 

Der Abfangmechanismus - ein universelles Prinzip?

Das Forscherteam vermutet, dass diese Form des „Proofreadings“ ein grundlegendes Prinzip ist, das in der biologischen Welt der Eukaryoten von mikrobiellen Hefen bis zum Menschen eine Rolle spielt.  

„Die Entdeckung zeigt nicht nur, wie Hefezellen ihre Paarungstyperkennung sicherstellen. Vielmehr könnte der Mechanismus eine universelle Strategie sein, um autokrines Signaling, also die Reaktion auf eigenproduzierte Signale, zu verhindern“, ergänzt Victor Sourjik. Auch bei der Regulation von Immunreaktionen oder Wachstumssignalen könnte das Verständnis dieser Prozesse relevant sein, da das Versagen von Kontrollmechanismen hier schwerwiegende Folgen haben kann.