Wissenschaftler*innen der Arbeitsgruppe von Professor Dr. Thorsten Hoppe am Kölner Exzellenzcluster für Alternsforschung CECAD haben herausgefunden, dass beim Fadenwurm C. elegans die Wahrnehmung von Änderungen der Umgebungstemperatur über ein definiertes Netzwerk sensorischer Neuronen für die Aufrechterhaltung des Proteinabbaus im Darm wichtig ist. Während Wildtyp-Würmer ihren Proteinabbau als Reaktion auf eine erhöhte Temperatur steigern, passen Würmer, denen die Wahrnehmung einer erhöhten Temperatur durch eine Mutation fehlt, ihre Proteinabbaurate nicht an und zeigen gleichzeitig eine verlängerte Lebensspanne. Die Forscher*innen veröffentlichten ihre Ergebnisse im Artikel „Thermosensation in Caenorhabditis elegans is linked to ubiquitin-dependent protein turnover via insulin and calcineurin signalling“ in Nature Communications.

Zur Erhaltung und Verbesserung ihrer Überlebenschancen müssen sich Organismen ständig an veränderte Umweltbedingungen anpassen. Die Wahrnehmung der äußeren Umgebung wird durch sensorische Neuronen vermittelt und ist für die Aufrechterhaltung des Gleichgewichts der physiologischen Körperfunktionen, die sogenannte Homöostase, von entscheidender Bedeutung. Die zelluläre Proteinhomöostase wird durch die Erhaltung eines komplizierten Gleichgewichts zwischen Proteinsynthese, Proteinfaltung und Proteinabbau erreicht. Eine Dysregulation der Proteinhomöostase wird mit einer Vielzahl von altersbedingten Proteinfaltungserkrankungen, bei denen fehlgefaltete Proteine nicht abgebaut werden und sich in den Zellen anhäufen, in Verbindung gebracht, die häufig auch die neuronale Funktionalität beeinträchtigen.
Die Autoren nutzten den Fadenwurm C. elegans, um zu untersuchen, wie sich eine allgemeine Beeinträchtigung der Umgebungswahrnehmung auf den Proteinabbau auswirkt. Dazu benutzten sie Würmer deren sensorische Neuronen, mittels Mutationen in Genen, die die Funktionalität dieser Neuronen steuern, beeinträchtigt sind. Sie fanden heraus, dass speziell die Wahrnehmung von Änderungen der Umgebungstemperatur über ein definiertes Netzwerk sensorischer Neuronen für die Aufrechterhaltung des Proteinabbaus im Darm über den insulinähnlichen Signalfaktor INS-5 und den Calcineurin-signalisierten FOXO-Transkriptionsfaktor DAF-16 wichtig ist. Während Wildtyp-Würmer ihren Proteinabbau als Reaktion auf eine erhöhte Temperatur steigern, passen Würmer, denen die Wahrnehmung einer erhöhten Temperatur fehlt, ihre Proteinabbaurate nicht an und zeigen gleichzeitig eine verlängerte Lebensspanne.

"Demnach beeinflusst nicht die Temperatur in der Umgebung des Organismus an sich den Proteinabbau und die Lebensspanne des Fadenwurms, sondern erst die neuronale Wahrnehmung und Verarbeitung der Temperaturreize bewirken den Proteinabbau", sagt Erstautorin Dr. Alexandra Segref.
Im Hinblick auf die aktuellen Klimaveränderungen ist es von Bedeutung zu ergründen, wie sich eine chronische Temperaturerhöhung auf diese Signalwege und damit den Proteinabbau und die Lebensspanne in höheren Organismen auswirkt.

"Interessanterweise lassen sich neurologische Schäden in Patienten mit neurodegenerativen Erkrankungen durch starkes Abkühlen des Gehirns verringern oder sogar abwenden, allerdings ist noch völlig unklar wie dies funktioniert. Unsere Daten deuten an, dass der Abbau von Proteinen als Folge der Wahrnehmung von Temperaturreizen ein wichtiger Faktor ist, der therapeutisch relevant sein könnte", spekuliert Professor Dr. Thorsten Hoppe.

Inhaltlicher Kontakt:     
Prof. Dr. Thorsten Hoppe
Dr. Alexandra Segref
CECAD - Cellular Stress Responses in Aging-Associated Diseases
+49 221 478 84218
+49 221 478 84215
thorsten.hoppeuni-koeln.de
asegrefuni-koeln.de

Presse und Kommunikation:
Robert Hahn
+49 221 470 3107
r.hahnverw.uni-koeln.de

Link zur Studie:
https://www.nature.com/articles/s41467-022-33467-7