Transport und Stoffwechsel der Dotterlipide im Huhn

In eierlegenden Tieren, wie zum Beispiel dem Huhn, bezieht der Embryo alle Komponenten, die er zu normaler Entwicklung benötigt, aus dem Dotter in der Eizelle. Der Energiehaushalt des Embryos wird hauptsächlich durch die Verwertung von Fetten im Dotter aufrechterhalten. Die Fettkomponenten werden fast ausschließlich in der Leber der Henne in Lipoproteine verpackt und in das Blut abgegeben. Von dort gelangen sie über sehr effiziente und spezifische Mechanismen in die Eizelle. Unsere Studien über die Leber-Eizelle-Embryo - Achse haben gezeigt, dass sie aus 4 Abschnitten besteht: (i) hormonelle Induktion der Dottervorstufensynthese in der Leber, (ii) oozyten-gerichteter Transport vermittels spezifischer Rezeptoren, die Verwandte des wichtigen menschlichen LDL Rezeptors sind, und Bildung von Dotter aus den Vorstufen, (iii) Transfer von Dotter durch den extraembryonalen Dottersack in den Kreislauf des Embryos, und (iv) Mobilisierung und Nutzung der Dotterfette durch die Wirkung von Lipasen und Lipidtransferproteinen des Embryos. Wir haben bereits wichtige Beiträge mit Schwerpunkten auf Lipoproteinrezeptoren, dem Schlüsselenzym Lipoprotein Lipase und einem inhibitorischen Apolipoprotein, sowie auf extraoozytischen Strukturen die zum Dottertransfer beitragen, geleistet. Nunmehr wenden wir uns jedoch bisher fehlenden Untersuchungen zu, und zwar über (i) die für die Nutzung der Lipidkomponenten notwendigen Enzyme (den Lipasen), (ii) die diese Prozesse beeinflussenden Apolipoproteine, und (iii) ein spezielles Transferprotein (das sogenannte PLTP). Im besonderen werden wir diese Moleküle und deren Wirkung im Embryo, aber auch im Stoffwechsel des erwachsenen Tieres, untersuchen. Dieses Forschungsprojekt baut nicht nur auf den von uns bereits erarbeiteten Kenntnissen auf, sondern auch auf neuer Information, die sich aus der (noch unvollständigen) Sequenzierung des Hühnergenoms ergibt. Wir werden daher in einem integrativen Prozess die Charakterisierung von bisher im Huhn unbekannten Genen und Proteinen, die im Transport und Stoffwechsel der Dotterlipide wichtige Rollen spielen, vorantreiben. Die erwarteten Resultate werden uns dem vollständigen Verständnis der Stoffwechselwege, von der mütterlichen Nahrungsaufnahme bis zum Jungtier, in einem seit langem vorrangigen Modell der Entwicklungsbiologie näher bringen. In weiterer Konsequenz werden die Erkenntnisse auf diesem Gebiet zum Verständnis von komplexen Lipidstoffwechselerkrankungen, Hauptursachen vorzeitiger Sterblichkeit, beitragen.

Jede voll entwickelte Eizelle des Huhnes enthält in ihrem Dotter etwa 5,3 g Fett, davon auch durchschnittlich 0,22 g Cholesterin. Die lipidreichen weiblichen Geschlechtszellen werden etwa alle 25 Stunden aus Follikeln im Eierstock entlassen. Die Anhäufung von Dotter, welcher die Hauptquelle für Nahrungsstoffe und anderer wichtiger Faktoren für die Embryonalentwicklung darstellt, ist das Ergebnis massiven Transports aus der Zirkulation in die Eizellen. Die Hauptbestandteile des Dotters sind lipidreiche Komplexe, die in der Leber gebildet, von ihr in den Blutkreislauf ausgeschieden, und von dort in die Eizellen gelangen. Diese Vorgänge unterliegen einer strikten Regulation, die sicherstellen muss, dass ausreichende Mengen dieser Substanzen in die lebenswichtigen Eizellen gelangen, aber gleichzeitig genügend Nährstoffe für die übrigen Gewebe und Zellen zur Verfügung gestellt werden. Die Regelkreise bedienen sich wichtiger Proteine, die hauptsächlich Lipasen, Lipidtransferproteine, und Verwandte des Low Density Lipoprotein (LDL) Rezeptors umfassen. Diese Eigenschaften machen das Hühnersystem zu einem bedeutenden Modell, in dem molekulare Details von Mechanismen für massiven unidirektionalen Transport (von der Leber in die Eizellen) unter Aufrechterhaltung systemischen Gleichgewichtes aufgeklärt werden können. In diesem vom FWF geförderten Projekt konzentrierten wir uns auf die Rolle des Dottersackes (DS) in der Ernährung des sich entwickelnden Embryos. Unsere Ergebnisse zeigen, dass (1) der DS aus dem darunterliegenden Dotter Lipoproteine und andere Komponenten über spezifische Rezeptoren aufnimmt; (2) die den Dotter direkt umgebenden Zellen, sogenannte Epithel-Zellen, diese Substanzen abbauen und neue Lipoproteine aufbauen; (3) diese neuen Lipoproteine sich in vielen Eigenschaften von den ursprünglichen Dotterbestandteilen unterscheiden; und (4) diese Neo-Komponenten von den Epithelzellen in den Blutkreislauf, der den DS mit dem Embryo verbindet, transportiert werden. Wir haben zum ersten Mal weiters gezeigt, dass die eigentliche Bildung des DS und die Erlangung der in (1) bis (4) beschriebenen Transportkompetenz, einer koordinierten Regulation unterliegen. Schließlich haben wir die orchestrierte Regulation von Genen, die vor allem Fettstoffwechselenzyme, Rezeptoren, Lipid-Transferproteine, und Proteinbestandteile von Lipoproteinen einschließen, eingehend charakterisiert. Zusammengefasst zeigen die Resultate, dass der DS eierlegender Spezies in jeder Beziehung das funktionelle Gegenstück zur Plazenta von Säugetieren darstellt.