FWF Projekt 27267

Winterschläfer sparen Energie indem sie ihre Stoffwechselrate und Körpertemperatur (Tb) drastisch senken, verwenden aber ~80% ihrer Energieausgaben während des Winters um sich immer wieder zu erwärmen. Die Funktion dieser Aufwachvorgänge bleibt jedoch rätselhaft. Die Aufnahme von mehrfach ungesättigten Fettsäuren (PUFA) mit der Nahrung, insbesondere von Linolsäure (LA, C18:2 n-6), hat einen starken Einfluss auf die Dauer von Torporphasen und damit auf die Häufigkeit von Aufwachvorgängen.  Dies deutet auf einen limitierenden Effekt von PUFA auf die Zeit, die ein Tier torpid verbringen kann, hin.

Wir vermuten, dass ein hoher Gehalt von n-6 PUFA in Membran-Phospholipiden die Auswirkungen niedriger Temperatur auf die Aktivität der Calcium-ATPase (SERCA2A) des sarkoplasmatischen Retikulums (SR) im Herzmuskel mildert, jenes Enzyms also, das für den Rücktransport von Calcium in das SR und damit für die Funktionsfähigkeit des Herzens verantwortlich ist. Während die Degradation von Proteinen bei niedriger Tb nicht völlig blockiert ist, wird die Proteinsynthese, inklusive der Synthese von SERCA2A, während des Eintritts in Torpor drastisch gedrosselt und erst während der Aufwachphasen wieder aufgenommen.

Ein hoher Gehalt an LA könnte die Reduktion der SERCA2A Aktivität, bedingt durch anhaltende Proteolyse, teilweise kompensieren und damit die Zeitdauer verlängern, in der Winterschläfer torpid bleiben können, bevor die Notwendigkeit neue SERCA2A zu synthetisieren sie zwingt, sich auf eine eutherme Tb zu erwärmen. Die Aufnahme von LA erzeugt aber möglicherweise einen Zielkonflikt, da extrem hohe LA Aufnahme, die ein offensichtlich existierendes Optimum übersteigt, sich negativ auf den Winterschlaf auswirkt. Dies könnte durch PUFA-bedingte oxidative Zellschädigung während des Torpor-Erwärmungszyklus bedingt sein, die sich negativ auf die SERCA2A Aktivität sowie auf andere somatische Erhaltungsvorgänge auswirkt.

Vor dem Hintergrund dieses Zielkonflikts testen wir das folgende hypothetische Konzept mit Hilfe von Manipulation der LA Aufnahme mit der Nahrung:

Optimaler LA Gehalt erlaubt Winterschläfern eine hohe SERCA2A Aktivität aufrecht zu halten. Dies wiederum führt zu erhöhter Dauer von Torporphasen im Vergleich zu Tieren, denen Nahrung mit sehr niedrigem oder extrem hohem LA Gehalt angeboten wird. Die Tiere resynthetisieren SERCA2A während der euthermen Phasen, was zu erhöhter SERCA2A Aktivität in der frühen Phase der darauffolgenden Torporepisode im Vergleich zu späteren Stadien führt. Ein Anstieg von LA in Membranen über einen optimalen Gehalt hinaus führt zu oxidativem Stress, der sich negativ auf die SERCA2A Aktivität auswirkt und die Tiere zwingt, sich häufiger zu erwärmen und längere Zeit eutherm zu bleiben. Häufige Aufwachphasen führen zu einer Erhöhung von Produkten des oxidativen Stress, zu Zellschädigungen und zu einer Beschleunigung von Alterungsvorgängen.

Laufzeit  01.09.2014-31.08.2017