MHC-Variabilität, Endoparasiten und Fitness beim Feldhasen

Der Haupthistokompatibilitätskomplex (MHC) stellt eine Gruppe von Genen mit z.T. besonderer immunologischer Bedeutung dar. Die sogenannten MHC-Klasse II-Moleküle werden an der Oberfläche von Antigen-präsentierenden Zellen, wie den Makrophagen, den B-Zellen und den Dendritischen Zellen, exprimiert; sie binden körperfremde Moleküle und präsentieren diese den CD4+ T-Helferzellen. In freilebenden Wildtierpopulationen weisen MHC- Klasse II-Gene recht häufig einen ausgeprägten allelischen Polymorphismus auf; vorallem im Abschnitt, der die Antigenbindestelle kodiert. Mit hoher Wahrscheinlichkeit werden unterschiedliche Allele im Genotyp homozygoten Genotypen selektiv bevorzugt. Abgesehen von einigen wenigen Untersuchungen des Zusammenhanges zwischen MHC-Allelen bzw.Genotypen und Infektionskrankheiten oder parasitären Erkrankungen, besteht keineswegs Klarheit über mögliche Wechselwirkungen der zahlreichen MHC-Gene, bzw. über ihre Bedeutung für die individuelle Fitness in natürlichen Wildtierpopulationen; insbesondere bei gleichzeitiger Belastung durch verschiedene Erreger von Infektionskrankheiten oder Parasiten. Im gegenständlichen Forschungsprojekt untersuchen wir an Feldhasen (Lepus europaeus) aus zwei Populationen mit unterschiedlichen Lebensraumbedingungen und verschiedenem populationsgenetischen Hintergrund, modellhaft für ein wildlebendes Säugetier, die Zusammenhänge zwischen der allelischen Variabilität zweier MHC-Klasse II-Gene (DRB, DQB), der Endoparasitenbelastung, der Körperkondition, der Entwicklungshomöostase, dem jährlichen Fortpflanzungserfolg der Weibchen, sowie der Anzahl der CD4+T-Zellen im Blut. Wir gehen beim Feldhasen von einem besonders effektiven Immunsystem aus, da diese Art einerseits eine äusserst rasche Jugendent-wicklung mit hohen energetischen Kosten aufweist, und andererseits die Jungen unmittelbar nach der Geburt weitestgehend ungeschützt an der Erdoberfläche den verschiedensten negativen Einflüssen, wie Witterung, Infektionskeimen oder Parasiten, ausgesetzt sind. Die unmittelbare Beteiligung der untersuchten MHC-Gene an der Immunantwort wird erstmals für eine Wildtierart an Hand der Messung des Niveaus der Genexpression und der entsprechenden Änderungen in der Zahl der CD4+ T-Zellen im Rahmen von Infektionsexperimenten von Junghasen mit Kokzidien (Eimeria sp.) untersucht bzw. nachgewiesen. Entsprechend der Hypothese des Heterozygotie-Vorteils erwarten wir einen negativen Zusammenhang zwischen dem Grad der MHC-Heterozygotie und der Parasitenbelastung, sowie einen positiven Zusammenhang mit den anderen Fitnessparametern. In den Experimenten erwarten wir erhöhte Genexpression in Folge der Infektionen. Der Anstieg in der Genexpression sollte bei ingezüchteten Junghasen geringer ausfallen als bei nicht ingezüchteten Jungtieren.

Gene des Haupthistokompatibilitätskomplexes (MHC) sind wesentlich an der Einleitung einer Immunantwort z.B. in Folge einer bakteriellen Infektionen oder Parasitenbefalls beteiligt. Sie zeigen oft eine hohe Variabilität, deren Bedeutung für die Fitness von Wildtieren aber kaum erforscht ist. Wir haben bei freilebenden Feldhasen aus einer ostösterreichischen und drei belgischen Populationen erstmals drei MHC-Gene (DQA, DQB, DRB) gleichzeitig in ihrer Bedeutung für die individuelle Fitness untersucht und teils ganz unterschiedliche Effekte auf einzelne Fitnessparameter der Hasen nachweisen können: Für den meistens im Darmtrakt parasitierenden Wurm Trichostrongylus retortaeformis konnten wir keinen Einfluss der MHC-Genvarianten (Allele) auf seine Befallsintensitäten feststellen. Kokzidien-Infektionen (einzellige Parasiten im Verdauungstrakt) zeigten aber niedrigere Befallsintensitäten bei Hasen mit steigendem Mischerbigkeitsgrad für die drei MHC-Gene; vor allem aber bei Hasen mit mischerbigen DQA- und DQB-Genen. Hasen mit dem regional unterschiedlich häufig auftretenden DQA-1-Allel hatten auch höhere Befallsintensitäten, als Hasen mit anderen DQA-Allelen. Den stärksten Befall zeigten Hasen mit reinerbigem DQA-1-Genotyp. Für die Befallsintensität mit Kokzidien war also sowohl ein allelischer (DQA-1) Effekt als auch ein Genotypen-Effekt (insbesondere für DQA, DQB) maßgebend. Alle MHC-Effekte waren unabhängig von Geschlecht, Alter, Jahr der Probennahme, Körpergewicht, Körperkondition, und allgemeinem individuellen Mischerbigkeitsgrad der Hasen; letzteren haben wir für jeden einzelnen Hasen anhand von 13 neutral evoluierenden molekularen Markern geschätzt. Häsinnen mit einem mischerbigen DQA-Gen blieben seltener über eine gesamte Fortpflanzungsperiode ohne Nachkommen, als Häsinnen mit reinerbigem Genotyp. Dies war aber nur bei den belgischen Häsinnen der Fall, was den Einfluss mindestens eines weiteren Gens mit geografischer Häufung vermuten lässt. Die Genotypen des DRB-Gens hatten auf die Fortpflanzungsleistung der Häsinnen keinerlei erkennbaren Einfluss. Für die Körperkondition, die wir anhand von Fettdepots beurteilten, war das DQA-1-Allel von Vorteil: die niedrigsten Konditionswerte ergaben sich für jene Hasen, die kein DQA-1 Alle hatten, die besten für jene Hasen, die reinerbig für das DQA-1-Allel waren (also zwei solche Allele hatten). Insgesamt konnten wir also sowohl Allel- als auch Genotypeneffekte für zwei von drei MHC-Genen auf einzelne Fitnessparameter beim Feldhasen nachweisen. Der Nachweis von teils nicht gleichgerichteten bzw. regionalen Effekten einzelner MHC-Gene auf die untersuchten Fitnessparamter trägt dazu bei, die evolutionären Hintergründe der MHC-Variabilität bei wildlebenden Wirbeltierpopulationen besser zu verstehen. Sie unterstreichen die Bedeutung der Erhaltung der genetischen Variabilität in freilebenden Wildtierpopulationen - insbesondere der Variabilität von Genen, die der biologischen Selektion verstärkt ausgesetzt sind.