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Gene für die Biosynthese des Antidepressivums Hypericin in Johanniskraut entdeckt

Die Abbildung zeigt kontrastierende Phänotypen, auf denen die Studie basiert. Abbildung A und C zeigen den Längs- und Querschnitt eines Blütenstempels mit dunklen Drüsenzellen.
Die Abbildung zeigt kontrastierende Phänotypen, auf denen die Studie basiert. Abbildung A und C zeigen den Längs- und Querschnitt eines Blütenstempels mit dunklen Drüsenzellen. P. Rizzo / IPK

 Johanniskraut (Hypericum perforatum) ist eine uralte medizinische Pflanze. Bekannt ist sie für die milde antidepressive Wirkung ihres bioaktiven Stoffes Hypericin, welches in den dunklen Drüsen der Pflanze produziert wird. Durch die Untersuchung der Johanniskrautblüte haben Forscher Gene identifiziert, welche an der Entwicklung der dunklen Drüsen und der Biosynthese von Hypericin beteiligt sind.

Johanniskraut Hypericum perforatum hat bereits eine lange Geschichte als Arzneipflanze. Im ersten Jahrhundert verschrieben griechische Mediziner wie Hippokrates oder Plinius es bereits unter anderem als Diuretikum und als Heilmittel für Schlangenbisse. Im Mittelalter wurde es verwendet, um böse Geister fortzuhalten, während Paracelsus es im 16. Jahrhundert zur Schmerzlinderung und der Behandlung von Melancholie empfahl. In jüngster Zeit wurde Johanniskraut, dank seines bioaktiven Stoffes Hypericin, für die Behandlung von Krebs anerkannt. Trotz der hohen Nachfrage im medizinischen Bereich, sind die biosynthetischen Pfade von Hypericin noch nicht aufgeklärt wurden. Jüngste Forschung mit Fokus auf den Hypericin-produzierenden dunklen Drüsen in den Johanniskrautblüten haben nun Schlüsselgene für die Hypericin-Biosynthese enthüllt.

Hypericum perforatum oder Johanniskraut ist eine krautige Pflanze mit leuchtend gelben Blüten und durchsichtigen Öldrüsen, die für ein durchlöchertes Erscheinen der Blätter sorgen. Ursprünglich stammt das Kraut aus Europa und Westasien, jedoch findet man sie heutzutage weltweit in den gemäßigten Zonen. Einerseits gilt Johanniskraut als ein Unkraut, welches giftig für Nutztiere ist. Andererseits ist es für seine medizinischen Eigenschaften berühmt. So produziert Johanniskraut mehrere medizinisch-wirksame sekundäre Stoffwechselprodukte, unter anderem das bereits gut untersuchte Produkt Hypericin. Dieser Wirkstoff gewann vor Kurzem das besondere Interesse der Wissenschaftswelt, als seine potentielle Anwendung in der Behandlung von Alzheimer und in der photodynamischen Krebstherapie erkannt wurde. Indem sie den Fokus auf die Entwicklung der dunklen Drüsen in der Blütenplazenta richteten, entdeckten Forscher von deutschen und kanadischen Instituten in Zusammenarbeit nun Gene im Johanniskraut, welche ausschlaggebend für die Entwicklung der dunklen Drüsen, sowie der Hypericin-Biosynthese, sind.

Vorherige Untersuchungen beschäftigten sich oft mit den Blättern des Johanniskrauts als Modellorgan. Indem sie 93 Hypericum-Akzessionen phänotypisierten, stießen die Forscher unter der Leitung von Dr. Paride Rizzo des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) in Gatersleben jedoch auf einen Polymorphismus, der sich in Form von zwei verschiedenen Phänotypen äußerte - Placentagewebe mit Drüsen, sowie ohne Drüsen. Durch die weitere Untersuchung des Placentagewebes konnten die Wissenschaftler zwei Transkriptionsfaktoren, welche an der Differenzierung der dunklen Drüsen beteiligt sind, identifizieren. Und anhand verschiedener Mikroskopietechniken konnten sie die Entwicklung der dunklen Drüsen im Placentagewebe charakterisierten. Die Ergebnisse wurden durch eine Kombination aus Transkriptomik und Metabolomik erreicht, welches die Betrachtung der Genexpression und Stoffwechselprodukt-Levels während der Entwicklung von H. perforatum mit einer noch nie dagewesenen Qualität ermöglichte.

Die Forschungsergebnisse wurden im April im Plant Biotechnology Journal veröffentlicht und werden nun in der Dezember Printedition des Journals erscheinen. Um neue Hypericum-Extrakte für die medizinische Anwendung zu entwickeln, muss man verstehen, welche Gene an der Hypericin-Biosynthese beteiligt sind. Nun da das Potential des Placentagewebes als neues Modellorgan für die Erforschung der dunklen Drüsen gezeigt wurde, kann fortführende Forschung auf diesem Wissen aufbauen. Voraussichtlich werden wir in der Zukunft mit diesen Kandidatengenen, entweder dunkle Drüsen hyperaktivieren oder die Drüsen-Ausbildung verhindern können, was zu neuen Anwendungen von H. perforatum in der Pharmaindustrie führen wird.

IPK


Originalpublikation:

Rizzo. et al. (2019), Discovery of key regulators of dark gland development and hypericin biosynthesis in St. John's Wort (Hypericum perforatum). Plant Biotechnology Journal.

https://doi.org/10.1111/pbi.13141