Allatostatin: Weniger essen, mehr schlafen

10. Oktober 2016
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Essen zur Mittagszeit macht oft schläfrig. Nun zeigte sich, dass ein erhöhter Allatostatin-Spiegel die Trägheit von Taufliegen besonders am Mittag und am Abend fördert. Der Mensch besitzt das Peptid zwar nicht, der Galaninrezeptor entpuppte sich aber als vergleichbares Gegenstück.

Wissenschaftler der Universität Würzburg identifizierten bei Taufliegen ein Peptid, das in dem komplexen Wechselspiel aus Hunger, Schlaf und Verdauung eine zentrale Position einnehmen könnte. Von den Rezeptoren, auf die das entdeckte Peptid „Allatostatin A“ einwirkt, gibt es beim Menschen enge Verwandte.

„Wir wussten bereits, dass Allatostatin sowohl von Zellen im Gehirn als auch von Zellen im Darm der Taufliege produziert wird. Unbekannt war allerdings, was sie dort bewirken“, erklärt Professor Christian Wegener, Lehrstuhl für Neurobiologie und Genetik der Universität Würzburg.

Untersuchung durch Temperaturschalter

welchen Einfluss das Peptid auf das Verhalten der Fliegen hat, untersuchte der Neurogenetiker gemeinsam mit Kollege Jiangtian Chen.

Für ihre Untersuchungen haben die Wissenschaftler gentechnisch modifizierte Taufliegen herangezogen. Bei ihnen war zum einen die Zahl der Allatostatin-produzierenden Zellen im Gehirn auf nur noch sechs Neurone reduziert. Zum anderen waren diese Zellen mit einer Art temperaturgesteuertem molekularen „Schalter“ versehen. Durch eine Umgebungstemperatur oberhalb 29 Grad Celsius konnte so das Allatostatin-Signal „angeschaltet“ werden, während es bei niedrigeren Temperaturen quasi „abgeschaltet“ vorliegt.

 

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Allatostatin A-herstellende Zellen im Gehirn und Mitteldarm der Taufliege (magenta) und genetische Markierung (grün). © AG Wegener

 

Die Ergebnisse der Untersuchungen fielen überraschend eindeutig aus: Schütteten die Zellen Allatostatin aus, nahmen die Taufliegen deutlich weniger Nahrung zu sich als Exemplare aus der Kontrollgruppe. Gleichzeitig bewegten sie sich sehr viel weniger – verglichen mit nicht manipulierten Tieren. Die Gründe dafür waren anfangs nicht klar: „Man sieht den Tieren ja nicht an, ob ihnen die Energie zum Laufen fehlt, weil sie nichts essen, oder ob sie sich aus anderen Gründen nicht bewegen können. Es ist auch nicht klar, ob sie unter Hunger leiden oder ob sie einfach nicht so viel brauchen, weil sie so wenig Aktivität zeigen“, schildert Professor Wegener das Dilemma.

Wachrütteln zwecklos

Weitere Experimente waren also nötig, um Antworten auf diese Fragen zu finden. Dabei zeigte sich: Unter Hunger leiden Taufliegen mit einer erhöhten Allatostatin-Produktion anscheinend nicht. Drosselten die Wissenschaftler die Umgebungstemperatur wieder unter Werte von 29 Grad – und senkten damit die Peptid-Produktion auf Normalmaß – nahmen die Tiere nicht mehr Nahrung zu sich als die Kontrollgruppe. „Nachholbedarf“ hatten sie demnach nicht. Auch ihr Bewegungsapparat funktionierte normal – weder in der Laufgeschwindigkeit, noch wenn es darum ging, in einem Röhrchen nach oben zu krabbeln, ließen sich Unterschiede zu anderen Taufliegen erkennen.

Eine deutliche Abweichung im Bewegungsmuster zeigte sich allerdings doch: Taufliegen, die auf einer Art „Rüttelplatte“ kurzzeitig leicht durchgeschüttelt werden, reagieren normalerweise mit einer deutlich erhöhten Laufaktivität. Das gilt auch für jene Tiere mit einem hohen Allatostatin-Spiegel – allerdings nur am Morgen. Mittags und abends war die Reaktion dieser Fliegen anders: Sie ließen sich nicht erschüttern und verharrten ruhig an ihrem Platz.

Dieser Befund brachte die Forscher auf die richtige Spur: „Wenn die Taufliegen sich so wenig bewegen, könnte es ja sein, dass sie schlafen“, sagt Wegener. Und tatsächlich: Taufliegen, die vermehrt Allatostatin A produzieren, schlafen von den 1.440 Minuten, die der Tag hat, rund 1.400.

Verbindung zur Inneren Uhr

Eigentlich wäre die Arbeit an diesem Punkt beendet gewesen – wäre da nicht die Zusammenarbeit mit Professor Charlotte Förster, Inhaberin des Lehrstuhls für Neurobiologie und Genetik. Die Expertin auf dem Gebiet der Inneren Uhren bemerkte, dass die sechs Allatostatin-produzierenden Neurone im Gehirn der Taufliegen in direkter Nachbarschaft zu deren Uhren-Neuronen liegen. Ihrer Anregung, diesen Aspekt genauer zu untersuchen, gingen die beiden Wissenschaftler nach.

Das Ergebnis: Die Allatostatin-Neurone überlappen genau mit den Uhr-Neuronen und tragen Rezeptoren für das Neuropeptid PDF, das von den Uhr-Neuronen ausgeschüttet wird. Allerdings fällt der Einfluss der Inneren Uhr an diesem Punkt vergleichsweise gering aus.

„Mit aktiviertem PDF-Rezeptor schlafen Taufliegen morgens und abends geringfügig länger. Das ist allerdings schon die einzige Veränderung, die wir nachweisen konnten“, sagt Wegener. Etwas anderes hätte die Forscher auch überrascht: „Es gibt viele Peptide, die Schlaf und Fressverhalten steuern.“ Bei dem jetzt entdeckten Mechanismus könne es sich also nicht um einen Haupt-, sondern nur um einen Zusatzweg der Schlafsteuerung handeln, die Schlafen mit dem Fressverhalten verbindet.

Galaninrezeptor: Ein vergleichbares Gegenstück

Interessant aus Sicht der Wissenschaft war auch ein weiterer Aspekt: Die Zellen von Wirbeltieren – und damit auch von Menschen – produzieren kein Allatostatin. Zu dem Rezeptor, auf den das Peptid einwirkt, existiert allerdings sehr wohl ein vergleichbares Gegenstück: der Galaninrezeptor.

„Er steuert Schlaf, Fressverhalten und die Darmperistaltik und stellt damit auf die Verdauungsphase ein“, sagt Wegener. Nicht bekannt sei jedoch, ob der Galaninrezeptor ebenfalls mit der Inneren Uhr in Verbindung steht. Um diese Frage zu klären, seien weitere Studien notwendig.

Christian Wegener und sein Team wollen sich in Zukunft intensiver mit den Larven der Taufliege beschäftigen. Denn die fressen ständig und schlafen nie. Außerdem könne man bei ihnen – anders als bei der Fliege – die Allatostatin-produzierenden Zellen gezielt im Darm oder im Gehirn ausschalten.

Originalpublikation:

Allatostatin A Signalling in Drosophila Regulates Feeding and Sleep and Is Modulated by PDF
Jiangtian Chen et al.; PLOS Genetics, doi: 10.1371/journal.pgen.1006346; 2016

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