Leben und Tod: Thermogenese, Stoffwechsel und Membranen

Die gegenwärtige Forschung zum Thema Stoffwechsellimits konzentriert sich derzeit auf die Bedeutung der Wärmeabgabe bei weiblichen Tieren während der Jungenaufzucht. So konnte gezeigt werden, dass sie durch den exothermen Prozess der Milchproduktion und da die Tiere während diesem Zeitraum große Mengen Futter aufnehmen und verdauen maßgeblich in ihrer maximalen Futteraufnahme durch die überschüssige Stoffwechselwärme beeinträchtigt sind. Tatsächlich lassen die Weibchen einen Anstieg der eigenen Körpertemperatur um 1.2 grad zu. Ungeklärt ist jedoch zum heutigen Zeitpunkt wodurch das absolut obere Limit der Körpertemperatur reguliert wird und wir schlagen vor, die Hypothese zu testen, dass oxidativer Stress, der vor allem langfristig negative Auswirkungen haben kann und mit steigender Körpertemperatur vermutlich erhöht ist, die Ursache darstellt. Wir schlagen daher vor, eine Serie von Experimenten an laktierenden Mäuseweibchen des Stammes MF1 zu machen, im Rahmen derer die Körpertemperatur manipuliert werden wird, gleichzeitig jedoch oxidativer Stress, antioxidative Antwort sowie die Genexpression von Entkopplerproteinen ermittelt werden wird. Am Ende des Projekts werden wir in der Lage sein, die physiologische Bedeutung von oxidativem Stress für Tiere deren Energieausgabe am Stoffwechsellimit ist, richtig einzuschätzen. Dieses Thema ist für Wissenschaftler im Bereich der physiologischen Alternsforschung sehr interessant. Eine weitere, neue Hypothese im Zusammenhang mit der Regulation der Körpertemperatur bei Säugetieren besagt, dass gewisse Membran-/Gewebsbausteine, n-3 mehrfach ungesättigte Fettsäuren, die endogene Wärmebildung steuern. Wir nehmen an, dass sich parallel zu Änderungen in der Körpertemperatur auch Änderungen im Membranfettsäuremuster einstellen, wobei die n-3 mehrfach ungesättigten Fettsäuren an der Wärmebildung beteiligt sind. Um diese Hypothese zu testen werden wir an laktierenden Mäuses des MF1 Stammes arbeiten sowie an besonders langlebigen "Ames Zwergmäusen". Ames Zwergmäuse haben nachgewiesenermaßen niedrigere Körpertemperaturen und eine begrenzte Fähigkeit zur Aufrechterhaltung der eigenen Körpertemperatur, jedoch ein Membranfettsäuremuster das reich an n-3 Fettsäuren ist. Wir werden die Tiere auf drei verschiedenen Diäten halten (reich an n-3, n-6, oder isokalorische Diät aus gesättigten Fettsäuren) und gleichzeitig deren Körpertemperaturen (mit implantierten Transmittern) sowie Gewebsfettsäurenzusammensetzung messen. In einer anderen Gruppe von Tieren des gleichen Stammes von Mäusen werden wir zusätzlich Messungen zur mitochondrialen Respiration in isolierten Lebermitochondrien messen. Dieser Teil des Projektes wird die Rolle membrangebundener Fettsäuren für die Aufrechterhaltung der Körpertemperatur bei Säugetieren identifizieren.

Die Jungenaufzucht ist beim Säugetier jener physiologische Prozess, bei dem am allermeisten Energie verbraucht wird. Welche Auswirkungen hat diese hohe Energiebelastung über einen langen Zeitraum auf das Säugetier? Bezahlt es ein hohes Investment in die Jungtiere mit einer kürzeren Lebensspanne und welche Rolle spielen dabei die für den Stoffwechsel so wichtigen Fettsäuren in diesen Prozessen? Im abgeschlossenen Elise Richter Projekt wurde zunächst beforscht wie sich die hohe Energiebelastung auf Körpertemperatur und in weiterer Folge auf die Milchproduktion bei der Maus auswirkt. Mäuseweibchen die während der 3wöchigen Jungenaufzucht viel Milch produzieren, haben eine um 2C höhere Körperkerntemperatur. Ebenso wurde festgestellt, dass sich die Belastung des Stoffwechsels mit oxidativem Stress nicht durch die Jungenaufzucht erhöht. Während traditionell ein an Biomolekülen wie Proteinen, Lipiden und DNA auftretender Schaden propagiert und während der Jungenaufzucht erhöht erwartet wurde, fanden wir keine Veränderung in den gemessenen Parametern im Kontext mit oxidativem Stress. Dies könnte daran liegen, weil die im Organismus vorhandenen antioxidativen Puffermechanismen wirksam entgegen steuern. Wir fanden, dass sich das mitochondriale Fettsäurenmuster bei den laktierenden Muttertieren in Richtung der Omega-6 Fettsäuren verschiebt. Da die Geburt und auch die Jungenaufzucht zahlreiche Umbauprozesse im Körper hervorruft fanden wir nun ein weiteres Puzzlesteinchen, das vermutlich auf die Schrittmacher- Funktion der Fettsäuren zurück zu führen ist. Unsere Ergebnisse tragen dazu bei, dass unser Bild über oxidativen Stress und Alterung und ebenso über optimale Temperaturbedingungen während der Säugetieraufzucht revidiert werden muss. Wurden traditionell stets Raumtemperaturbedingungen für Weibchen mit besonderen Energieausgaben gefordert, gilt es nun zur Maximierung der Milchleistung von Weibchen, Möglichkeiten zu schaffen, in dem sich die Tiere abkühlen können und ggf. gekühltes Trinkwasser aufnehmen können. Während früher hohe Energieausgaben und ein langes und gesundes Leben als einen Widerspruch angesehen wurde, vermehren sich die Hinweise und trugen auch wir mit unserem Projekt dazu bei, diese Sichtweise zu widerlegen. Vielmehr werden durchrechtzeitigeUmbauten besondersin derGewebs- Fettsäurenzusammensetzung Anpassungen an veränderte Energieausgaben geschaffen die jedoch nicht zu erhöhtem oxidativem Stress führen.