Aminerge Regulation der Flugmuskeln von Honigbienen im Kontext der Thermoregulation

• Antragsteller: Dr. Markus Thamm
• Fachliche Zuordnung: Biochemie und Physiologie der Tiere ; Biologie des Verhaltens und der Sinne
• Förderung: Förderung seit 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 418729949

Honigbienen (Apis mellifera) besitzen die faszinierende Fähigkeit sowohl ihre Körper- als auch die Temperatur im Bienen-Stock aktiv zu regulieren. Hierbei spielen das Heizen (Thermogenese) als auch Kühlen eine zentrale Rolle. Für Beides ist der Flugmuskel im Thorax von herausragender Bedeutung. So wird dieser nicht nur für den Zweck des Fliegens genutzt. Wird es zu warm, fächeln sie mit ihren Flügeln um für Abkühlung zu sorgen. Wird es zu kalt, produzieren die Arbeiterinnen aktiv Wärme (Thermogenese). Dies macht Honigbienen relativ unabhängig von der Außen-Temperatur, denn es sichert das Überleben im Winter und garantiert beste Brut-Bedingungen. Die Thermogenese kann darüber hinaus auch verwendet werden, um Predatoren zu bekämpfen. In unserem vergangenen Projekt konnten wir zeigen, dass Oktopamin entscheidend an der Thermogenese beteiligt ist. Oktopamin und dessen Rezeptoren sind im Flugmuskel der Honigbiene vorhanden. Ist dieses System gestört kommt es unweigerlich zur Hypothermie. Sehr wahrscheinlich ist es ein β-Oktopaminrezeptor, der die Thermogenese fördert. Dessen Aktivierung führt über eine intrazelluäre Signalkaskade (Erhöhung der intrazellulären cAMP Konzentration) zur Steigerung der Glykolyse-Leistung, welche die Grundlage für die energiehungrige Arbeit der Muskelproteine ist. Unsere Ergebnisse zeigen zudem, dass Kältestress die Transkriptionsleistung stark erhöht. Dies schließt auch die Gene AmOARβ2 (Oktopamin-Rezeptorgen) oder AmGAPDH (wichtige Funktion in der Glykolyse) ein. In diesem Folgeprojekt wollen wir drei größere Aspekte genauer untersuchen. Erstens steht hier thermaler Stress im Fokus. Wir wollen herausfinden, welche Gene durch Kälte- oder Hitzestress differenziell reguliert werden, um das System Flugmuskel am Laufen zu halten. Ein wichtiger Teil wird hierbei sein, herauszuarbeiten, welche Gene durch das Oktopamin-Signal hoch- bzw. herunter reguliert werden. Zweitens wollen wir herausfinden, welche Faktoren die Thermogenese-Leistung beeinflussen. Wichtige Kandidaten hierfür sind Kältestress und die Ernährung. Drittens haben wir große Mengen Dopamin im Flugmuskel nachweisen können. Zudem variiert dessen Konzentration auf interessante Art und Weise: Bei frisch geschlüpften Bienen ist sie sehr hoch, bei jungen Bienen sehr niedrig um dann wieder langsam anzusteigen. Zur Funktion von Dopamin in Muskeln im Allgemeinen oder im Flugmuskel der Honigbienen im Speziellen ist noch nichts bekannt. Wir wollen daher eine Reihe von deskriptiven sowie funktionellen Analysen durchführen, um die mögliche Funktion von Dopamin einzuengen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr. Markus Ankenbrand