Juvenilhormonabbau in parasitierten Larven von Lymantria dispar

Die Parasitierung der Raupen des Eichenschädlings Lymantria dispar (Schwammspinner) durch die endoparasitische Schlupfwespe Glyptapanteles liparidis bewirkt eine Entwicklungshemmung im letzten Wirtsraupenstadium und verhindert die Verpuppung. Aus unseren früheren Arbeiten wissen wir, daß diese Entwicklungsstörung mit einem erhöhten Gehalt an Juvenilhormonen (JH) der Raupe in Zusammenhang steht. Der Anstieg des JH-Spiegels in der Hämolymphe parasitierter Larven wird zumindest teilweise durch eine reduzierte Aktivität der Juvenilhormonesterase (JHE), dem spezifisch JH-abhauenden Enzym, verursacht. Aufgrund der zentralen Rolle, die das Enzym JHE in der Regulation des JH-Haushaltes einnimmt, soll die Auswirkungen der Parasitierung auf die Expression und Aktivität dieses Enzyms untersucht werden. Während der Eiablage werden verschiedene Komponenten wie Venom, Calyxflüssigkeit mit Polydnaviren und Parasiteneier, aus deren Hüllepithel später Teratocyten hervorgehen, in den Wirtskörper abgegeben. Ein Ziel des Projektes ist es zu klären, welcher dieser Faktoren für die Verringerung der Aktivität von JHE verantwortlich ist. Darüberhinaus soll festgestellt werden, auf welcher Ebene, der transkriptionalen oder der translationalen/posttranslationalen Ebene, eine Hemmung der Proteinexpression und damit eine Reduktion der Enzymaktiviät stattfindet. Schließlich soll die Möglichkeit der Reduktion der Enzymkonzentration in parasitierten Raupen durch Aufnahme von JHE in Perikardialzellen des Wirtes oder in die von den Parasiteneiern abstammenden Teratozyten untersucht werden.

Die endoparasitische Schlupfwespe Glyptapanteles liparidis zählt zu den bedeutendsten natürlichen Gegenspielern des Schwammspinners, eines Schmetterlings, dessen Raupen während der periodisch auftretenden Massenvermehrungen in den Eichenwäldern Ostösterreichs immer wieder Kahlfraß verursachen. Unsere Untersuchungen haben gezeigt, dass eine erfolgreiche Parasitierung der Wirtsraupe durch die Schlupfwespe nur durch die bei der Eiablage mitinjizierten Begleitsubstanzen (Venom und Calyxflüssigkeit mit Viren) möglich ist. Diese Substanzen modifizieren die Entwicklung des Wirtsinsektes und beeinflussen dessen Immunsystem. Die Studie liefert einen Ansatz zur Klärung der zellulären und molekularen Mechanismen, die nötig sind, um in die hormonelle Entwicklungssteuerung des Wirtes einzugreifen. Die Ergebnisse dieser Grundlagenforschung können zur Entwicklung neuartiger Kontrollmethoden für eine gezielte Schädlingsbekämpfung beitragen. Parasitierte Schwammspinnerraupen setzen äußerlich scheinbar unverändert über einige Zeit ihr Wachstum fort, werden jedoch, kurz bevor die Parasitenlarven ihren Wirt verlassen, in ihrem Entwicklungszustand arretiert. Aus früheren Untersuchungen wissen wir, dass diese Raupen gegenüber unparasitierten einen deutlich erhöhten Juvenilhormongehalt (JH) aufweisen. Bedingt durch diesen hohen Hormonspiegel unterbleiben weitere Häutungen der Wirtsraupe. Damit stehen Nährstoffe, die sonst für diesen energieaufwendigen Prozess verbraucht würden, für das Wachstum der Parasitenlarven weiterhin zur Verfügung. Der JH Titer wird neben der Syntheseaktivität über seinen Hauptabbauweg, eine Esterase-Spaltung, reguliert. Daher konzentrierten wir uns darauf herauszufinden, auf welcher physiologischen Ebene das Enzym, die Juvenilhormon-Esterase (JHE), kontrolliert wird und in welcher Weise die bei der Eiablage des Wespenweibchens mitinjizierten Begleitsubstanzen daran beteiligt sind. In Betracht kamen dabei zwei Sekrete der Anhangdrüsen der weiblichen Fortpflanzungsorgane (Calyxflüssigkeit mit darin befindlichen symbiontischen Polydnaviren und Giftsekret), sowie sog. Teratozyten (Zellen, die sich von der Serosa beim Schlupf der Parasitenlarven ablösen) und schließlich die Parasitenlarven selbst. Parasitierte Raupen haben im Vergleich zu unparasitierten eine signifikant niedrigere Enzymaktivität. Wir konnten zeigen, dass das JHE kodierende Gen selbst nicht Angriffspunkt der Regulation ist; die Transkription verläuft in unparasitierten und parasitierten Raupen gleich. Die Unterdrückung der Enzymaktivität muss also in einem der nachgeschalteten Prozesse, wie etwa Bildung und Faltung des Enzyms, stattfinden. Möglich sind auch eine Hemmung der Aktivität durch Veränderung der Enzymstruktur bzw. ein intensivierter Enzymabbau. Indem wir Schwammspinnerraupen von sterilen Wespenweibchen anstechen ließen, konnten wir den kombinierten Einfluss von Venom und Calyxsekret inklusive symbiontischer Viren auf die Enzymaktivität untersuchen. Diese beiden Faktoren hatten auf das Immunsystem des Wirtes eine sofortige hemmende Wirkung und verhinderten, dass die abgegebenen Parasiteneier bzw. -larven als Fremdkörper erkannt und eingekapselt wurden. In diesen pseudoparasitierten Raupen ist die Enzymaktivität ebenso niedrig wie in normal parasitierten, was für eine Beteiligung von Venom und Polydnaviren an der Regulation des JH Abbaus spricht. Auch Teratozyten verringerten die Enzymaktivität, wenn sie in unparasitierte Raupen injiziert wurden. Parasitenlarven, die wir in unparasitierte und pseudoparasitierte Raupen implantierten, hatten ebenfalls eine Unterdrückung der Enzymaktivität zur Folge.