Herwig, A.: Torpor und Timing: Der Einfluss endogen kontrollierter Hypothermie auf das circadiane System zweier Hamsterspezies

Annika Herwig: Torpor und Timing: Der Einfluss endogen kontrollierter Hypothermie auf das circadiane System zweier Hamsterspezies.
Hannover, Tierärztliche Hochschule, Dissertation, 2007

Link: http://elib.tiho-hannover.de/dissertations/herwiga_ss07.pdf

Zitat :

abstract

Einflüsse saisonaler Umweltveränderungen (z.B Photoperiode und Umgebungstemperatur) verstärken sich mit zunehmender geographischer Breite, und Säugetiere, die unter solch extrem variablen Bedingungen leben, haben unterschiedliche Formen von Torpor entwickelt, um in energetisch ungünstigen Zeiten metabolische Kosten einzusparen. Echte Winterschläfer wie der Europäische Hamster (Cricetus cricetus) reduzieren in der Winterschlafsaison ihre Körpertemperatur regelmäßig für mehrere Tage auf Werte nahe der Umgebungstemperatur und sparen dabei ein erheliches Maß an Energie. Kleinere Säugetiere wie der Dsungarische Zwerghamster (Phodopus sungorus) zeigen dagegen eine abgeschwächte Form der Hypothermie: täglichen Torpor. Induziert durch eine kurze Photoperiode senken die Tiere ihre Körpertemperatur während der Ruhephase spontan für einige Stunden auf bis zu 15°C ab. Ein Absenken der Körpertemperatur führt auch zu sinkender Aktivität des zentralen Nerven- systems, dessen Funktionieren jedoch überlebenswichtig ist. Daher wird angenommen, dass wichtige Gehirnsysteme auch während einer Hypothermie aktiv bleiben.

Da Torpor ein im Jahres- und Tagesverlauf zeitlich präzise integrierter Vorgang ist, gilt die innere Uhr als Schlüsselsystem für heterotherme Tiere. Zum einen misst und integriert sie die Tageslänge und bestimmt so den Beginn der Torporsaison im Jahr, zum anderen synchro isiert sie interne physiologische Prozesse im Tagesverlauf. In dieser Arbeit konnte zum ersten Mal gezeigt werden, dass die innere Uhr während des täglichen Torpors in Dsungarischen Zwerghamstern „weitertickt“, also die rhythmische Expression der so genannten Uhrengene weiterhin stattfindet. Änderungen in Phase und Amplitude der rhythmischen Uhrengen- expression deuten jedoch auf eine Temperatursensibilität der Uhr hin. Reduzierte Protein- expression während der Hypothermie und somit ein reduziertes Protein-Feedback könnte die Ursache für eine veränderte Genexpression nach einem Torporschub sein.

Um Phasenverschiebungen der Uhr, die in der Genexpression sichtbar wurden, genauer zu untersuchen, wurde die trans-pineale Mikrodialyse etabliert. Diese Methode ermöglicht eine kontinuierliche In-vivo-Messung von Melatonin im Pinealorgan. Die rhythmische, nächtliche Sekretion von Melatonin aus dem Pinealorgan ist ein sehr gut definierter „Zeiger“ der inneren Uhr, der präzise ihre Aktivität widerspiegelt und darüber hinaus als das wichtigste Signal gilt, um saisonale Informationen an den Organismus zu übermitteln. In dieser Arbeit wurde erstmalig die Mikrodialyse bei den sehr kleinen Dsungarischen Zwerghamstern erfolgreich eingesetzt.

Im Gegensatz zum täglichen Torpor konnten wir in tiefem Torpor bei Europäischen Hamstern keine rhythmische Expression von Uhrengenen feststellen. Demnach steht die innere Uhr bei dieser geringen Körpertemperatur von ~8°C still und generiert keinerlei Oszillation. Diesen Daten zufolge scheint die innere Uhr zwar in einem weiten Temperaturbereich temperatur- kompensiert zu sein. Sobald die Körpertemperatur jedoch auf einen bestimmten Wert abgesunken ist, findet keine endogene Zeitmessung mehr statt.

Es konnte bereits gezeigt werden, dass auch das histaminerge System eine wichtige Rolle beim Torpor spielt. In winterschlafenden Erdhörnchen (Spermophilus lateralis) scheint es über den inhibitorischen Histamin-3-Rezepor aktiv andere Neurotransmittersysteme zu unterdrücken. Beim Dsungarischen Zwerghamster zeigte sich, dass dieser Rezeptor auch während des täglichen Torpors in vielen Kerngebieten des Gehirns verstärkt exprimiert wird. Dazu gehören vor allem der Nucleus arcuatus, der Nucleus dorsomedialis hypothalami, der Nucleus suprachiasmaticus und der Nucleus corporis geniculati dorsalis lateralis, also wichtige Schaltstationen für Energiehaushalt, Thermoregulation, zeitliche Integration und das visuelle System. Diese Ergebnisse deuten hin auf eine vergleichbare Rolle des histaminergen Systems im täglichen und tiefen Torpor, nämlich die aktive Inhibierung bestimmter Neuro- transmittersysteme. Ob diese Systeme möglicherweise durch Orexine wieder aktiviert werden, war eine weitere Fragestellung dieser Arbeit. Orexine sind eine Gruppe von Neurotransmittern, die nachweislich den Wachzustand verstärken und darüber hinaus eine Rolle in der zitterfreien Wärmeproduktion des braunen Fettgewebes spielen, dem wichtigsten Mechanismus, um die Körpertemperatur nach einem Torporschub wieder zu erhöhen. Entgegen unserer Annahme konnten wir im lateralen Hypothalamus keine verstärkte Orexinexpression während des Aufwachvorgangs aus dem täglichen Torpor nachweisen. Dies spricht gegen eine Rolle der Orexine im Aufwachprozess aus der Hypothermie und lässt vermuten, dass die gesteigerte Aufmerksamkeit im Wachzustand anderen Mechanismen unterliegt als das Aufwachen aus dem Torpor.