Paitz, R. T. & R. M. Bowden (2008): A proposed role of the sulfotransferase/sulfatase pathway in modulating yolk steroid effects. – Integrative and Comparative Biology 48(3): 419-427.

Eine vermutete Rolle des Sulfotransferase/Sulfatase-Wegs bei der Modulation der Effekte von Dottersteroiden.

DOI: 10.1093/icb/icn034 ➚

Steroidhormone wurden lange von den Verhaltensökologen untersucht, da sie eine nicht-genomische Möglichkeit darstellen, wie die Weibchen Einfluss auf die Entwicklung ihrer Nachkommen nehmen. In oviparen Wirbeltieren sind normalerweise zum Zeitpunkt der Eiablage Steroide im Dotter vorhanden, und es ist gezeigt worden, dass sie einen Einfluss auf zahlreiche Entwicklungsvorgänge bei den Nachkommen haben. Bis heute konzentrierten sich die meisten Studien darauf, eine funktionelle Beziehung zwischen Dottersteroiden und der Entwicklung der Nachkommen zu zeigen. In diesem Artikel nutzten wir einen mechanistischen Ansatz, um die Dottersteroide zu untersuchen und aufzuklären, wie die lipophilen (fettlöslichen) Steroide es schaffen, vom lipidreichen Dotter zum sich entwickelnden Embryo zu gelangen. Zuerst untersuchten wir die Verteilung von radioaktiven und nicht-radioaktiven Östradiol nach der Zugabe von außen in sich entwickelnden Eiern bei der Rotwangen-Schmuckschildkröte. Zweitens quantifizierten wir die Sulfotransferase-Aktivität in verschiedenen Kompartimenten der Eier, um den potentiellen Mechanismus des Steroidmetabolismus (Steroidstoffwechsels) zu klären. Die Ergebnisse lassen erkennen, dass von außen gegebenes Östradiol während der ersten 15 Tage der Entwicklung in eine wasserlösliche Form umgewandelt wird, wobei diese Umwandlung mit einer Zunahme bei der Sulfotransferase-Aktivität im Dotter und in den extraembryonalen Eihäuten einhergeht. Aufgrund dieser Befunde postulieren wir ein mechanistisches Modell über den Sulfotransferase/Sulfatase-Reaktionsweg als Hauptweg, mit dem sich entwickelnde Eier fettlösliche Steroidhormone in eine wasserlösliche Form umwandeln, die dann zum Embryo transportiert werden kann. Diese sulfonierten (mit Schwefelgruppen versetzten) Steroide dienen dann als Vorstufen für eine Steroidhormonproduktion via Sulfataseaktivität im Embryo. Dieses Modell greift dabei auf bekannte Mechanismen zurück, die als wichtig für die Modulation mütterlicher Steroidhormonsignale bei plazentalen Säugetieren entdeckt wurden, und gleichzeitig erlaubt uns dieses Modell einige der bislang ungeklärten Fragen über die Rolle der Dottersteroide zu klären.

Kommentar von H.-J. Bidmon

Eine interessante ökologisch-chemische Studie, die wesentlich zum Verständnis einer zielgerichteten Steroidhormonwirkung im Ei beiträgt. Für den Laien einmal kurz erläutert, gehören Steroidhormone zu den fettlöslichen Hormonen, d. h. sie gehen durch alle biologischen Membranen (denken Sie an ein östrogenhaltiges Pflaster auf der Haut, wo das Hormon dann wie eine Hautcreme durch die Haut in den Körper einzieht). Somit müsste man davon ausgehen, dass Steroidhormone gar nicht gezielt wirken, da sie in alle Zellen hinein diffundieren können und sich am liebsten in Fetten anreichern. Im adulten Tier gibt es bestimmte Trägerproteine, die die Steroidhormone binden und so gezielt mit dem Blut zum Wirkort bringen, wo sie von den Trägerproteinen an spezifische Rezeptorproteine weitergegeben werden. Im Ei gibt es die aber am Anfang noch nicht, weil der Keim oder die Oozyte ja noch keinen Blutkreislauf hat, da ja alles erst gebildet werden muss. Somit fehlt dem frühen Embryo die Möglichkeit, wie er gezielt nur an bestimmten Stellen auf Steroidhormone reagieren kann. Insofern zeigt diese Arbeit erstmals, wie im Ei bestimmte Enzyme dafür sorgen, dass die Steroidhormone aus dem Dotterfett (lipid) herausgeholt werden können und als wasserlösliche inaktive Vorstufe zu den Zellen des frühen Embryos gelangen können, in denen sie gebraucht werden und in denen sie wieder über ein zweites Enzym aus der inaktiven in die fettlöslichere aktive Form umgewandelt werden. Nun, da mag sich mancher fragen, ja was nützt uns dieses Wissen? Erst einmal nicht ganz soviel. Aber Ökophysiologen haben häufig beobachtet, dass zum Beispiel trotz genetischer oder temperaturabhängiger Geschlechtsbestimmung in männchendominierten Populationen auch deutlich mehr Männchen geboren werden oder schlüpfen, wenn die Männchen das Geschlecht darstellen, das bei erreichen der Geschlechtsreife die Gruppe verlässt. Und das wirft natürlich die Frage auf, wie kommt es zu solchen Populations- bzw. Zuchtgruppen spezifischen Verschiebungen im Geschlechterverhältnis? Man vermutet schon lange, dass die Weibchen sprich Muttertiere über solche Steroidhormone aktiv dazu beitragen, dass ein Geschlecht bei der Entwicklung bevorzugt wird. Genau so gut besteht die Möglichkeit, dass die Weibchen über solche Hormone an den frühen Embryo Signale weiterleiten die dessen Entwicklungsgeschwindigkeit einer bestimmten Umweltsituation anpassen zum Beispiel festlegen, wann und bei welchen Temperaturbedingungen und Substratfeuchten eine Diapause einzulegen ist und welche Umweltbedingungen zur Beendigung einer Diapause führen. Letzteres könnte auch noch unabhängig vom Muttertier erfolgen, denn die meisten dieser Enzymreaktionen sind temperaturabhängig und Feuchtigkeit, sprich Wasser, ist für die Wasserlöslichkeit und den zielgerichteten Transport der Steroidhormonvorstufen unerlässlich, was gerade bei Reptilieneiern eine Rolle spielen mag, da deren Eischalen für Wasser durchlässig bleiben (siehe dazu auch Moore & Johnston (2008)).

Literatur

Moore, M. C. & G. I. H. Johnston (2008): Toward a dynamic model of deposition and utilization of yolk steroids. – Integrative and Comparative Biology 48(3): 411-418 oder Abstract-Archiv).