Eine neue Hypothese zur bioenergetisch-endokrinologischen Regulierung von Telomeren

• Antragstellerin: Stefania Casagrande, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Biochemie und Physiologie der Tiere ; Evolution, Anthropologie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 386859406

Ein gesundes und leistungsfähiges Alter hängt von den Bedingungen ab, die in der frühen Entwicklung erlebt wurden. Zum Beispiel hinterlässt eine schwierige Entwicklungsphase einen Fingerabdruck in der Länge der Telomere (TL). TL sind DNA/Protein-Komplexe, die Schutzkappen auf Chromosomen bilden und sich mit fortschreitendem Alter und oxidativem Stress verkürzen. Viele der Mechanismen der TL-Verkürzung, sowie die Auswirkungen für den Organismus sind noch unklar. Ein noch kaum verstandenes Phänomen ist der verkürzende Einfluss, den Glukokortikoide (GK, "Stresshormone") bei Mensch und Tier auf TL haben. Bislang wurde diese Auswirkung als unerwünschte Nebenwirkung interpretiert, da GK oxidativen Stress verstärken und die Aktivität von Telomerase (Enzym zur TL- Erhaltung) verringern können. Allerdings sind GK lebenswichtige Hormone, ohne die Wirbeltiere in wenigen Stunden sterben würden. Daraus ergibt sich die Frage: warum verursachen GK eine TL-Verkürzung? Meine neuartige Hypothese besagt, dass diese Hormone gezielt die TL-Länge regulieren. In Zeiten erhöhten Energiebedarfs kann diese Regulierung durch eine Einsparung von für die TL-Erhaltung benötigten Ressourcen vorteilhaft sein. Es ist bekannt, dass GK das Enzym TORC1 (Regulator des Zellwachstums) hemmen kann, welches TL-Veränderungen mitreguliert. Obwohl eine bioenergetische TL-Regulierung durch GK im Einklang mit ihrer grundlegenden Rolle bei energetischen und lebensgeschichtlichen Kompromissen steht, wurde ein solcher Zusammenhang bislang nie erforscht. Diese neue Sichtweise würde unser Verständnis von TL-Verkürzungen unter schwierigen Umweltbedingungen erheblich verbessern und uns neue Wege eröffnen, den negativen Auswirkungen von TL-Verkürzungen entgegenzuwirken.Ziel meiner Studie ist es herauszufinden, ob TL-Veränderungen ein Mechanismus zur Lösung von energetischen Kompromissen darstellen, und dies in einer für den Organismus teilweise vorteilhaften Weise. Dazu werde ich den energetischen Zustand von Kohlmeisen-Nestlingen (Parus major) im Freiland verändern. Diesen Versuch führe ich in einer bestimmten Entwicklungsphase (Wachstum) durch, da zu dieser Zeit die TL-Verkürzung stark, schnell und mit potenziell langfristigen Auswirkungen geschieht. Ich werde überprüfen, ob:1. die TL-Verkürzung durch einen hohen Energiebedarf (Wachstum, Veränderung der Futterverfügbarkeit) verstärkt wird, indem ich die TL-Länge von Nestling-Gruppen vergleiche, denen ich zum Teil zusätzliche Nukleotide verabreicht habe. Hormonelle Mechanismen werde ich durch die Verabreichung von GK-Hormonen prüfen, die einen Weg für die TL-Verkürzung darstellen können. 2. eine moderate TL-Verkürzung vorteilhaft ist, indem ich den physiologischen Zustand (mitochondriale Aktivität, AMP-aktivierte Protein-Kinase, oxidativer Stress), morphologische Merkmale (Gewicht, Körpergröße), sowie das Verhalten (Persönlichkeitsmerkmale) in experimentellen und Kontroll-Nestlingen vergleiche.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen