Pheromon-Transporter-Proteine und chemosensorische Kommunikation

Hausmäuse (Mus musculus) kommunizieren durch chemische Signale und ihre Geruchsmarkierungen enthalten einerseits erstaunlich viele Informationen über ein Individuum (z.B.: sozialer Status, Gesundheitszustand, genetische Krankheitsresistenz und Inzuchtgrad), andererseits spielen sie eine Rolle bei Verwandtenerkennung und Inzuchtvermeidung. Zu verstehen, wie chemische Signale diese Informationen kodieren ist eine große Herausforderung. Männliche Hausmäuse scheiden große Mengen Proteine mit dem Urin aus (sog. Major Urinary Proteins oder MUPs), welche Pheromone im Urin binden und transportieren sowie deren Verdunstung von den Geruchsmarkierungen verzögern. MUP-Produktion ist testosteronabhängig und Männchen produzieren drei bis fünf Mal mehr als Weibchen, welches mit substanziellen metabolischen Kosten verbunden ist. MUPs werden von 21 Genen kodiert und Individuen produzieren eine variable Anzahl von MUP-Isoformen im Urin. Studien haben gezeigt, dass MUPs stark polymorph sind und einen einzigartigen, individuellen "Strichcode" darstellen, welcher individuelle Erkennung, Inzuchtvermeidung und Präferenzen für Fortpflanzungsparter vermittelt. Unser allgemeines Ziel ist zu untersuchen, ob MUPs ein individuelles Kompatibilitäts-signal oder ein Qualitätssignal für Fortpflanzungspartner darstellen. Unser erstes Ziel ist dabei die Untersuchung folgender Hypothesen: (1) MUPs zeigen hohe Variation zwischen Individuen und hohe Konsistenz innerhald des Individuums sowie die Vermittlung von individueller Erkennung durch MUPs ("Strichcodehypothese"); (2) MUPs spielen eine entscheidende Rolle bei Verwandtenerkennung und Inzuchtvermeidung; (3) Weibchen verpaaren sich bevorzugt mit Männchen, die eine hohe genetische MUP-Heterozygotie aufweisen. Falls MUPs doch keine hohe Variabilität zwischen Individuen aufweisen, worauf unsere Vorversuche hindeuten, können wir die "Strichcodehypothese" ablehnen und uns einer anderen Hypothese zuwenden. Es wurde argumentiert, dass die MUP-Produktion ein untrügliches Zeichen des Gesundheitszustandes eines Männchen für Fortpflanzungspartner und Rivalen darstellt ("Qualitätsindikatorhypothese"). Wir werden folgende Hypothesen testen: (1) MUP-Produktion erhöht den sozialen Status und den Verpaarungserfolg eines Männchens; (2) MUP-Produktion ist ein untrüglicher Beleg für den Gesundheitszustand und die allgemeine Verfassung eines Männchen; (3) MUP-Produktion ist ein Signal für hohe genetische Qualität und genetische Vorteile bei der Partnerwahl. Wir werden wilde Mäuse und deren Nachkommen im Labor und in halbnatürlichen Gehegen untersuchen und eine Reihe von genetischen und biochemischen Werkzeugen verwenden. Diese Experimente, welche die Zusammenarbeit von Verhaltensbiologen, Genetikern und Chemikern ermöglichen, werden dabei helfen zu verstehen, welche Funktionen MUPs erfüllen und wie chemische Signale Informationen über genetische Qualität und Kompatibilität kodieren.

Hausmäuse scheiden große Mengen an Major Urinary Proteins (MUPs) aus, die die Freisetzung von flüchtigen Pheromonen aus Urin-Duftmarken stabilisieren. Unser Ziel war es, verschiedene Funktionen für diese Proteine zu untersuchen. Unser erstes Ziel war es zu testen, ob MUPs eine individuelle Geruchssignatur oder einen "Strichcode" liefern, der die Erkennung von Individuen und Verwandten (Strichcode-Hypothese) ermöglicht. Wir führten eine große Untersuchung der MUP-Variation in Wildpopulationen von Hausmäusen durch und fanden heraus, dass MUPs, im Gegensatz zu früheren Behauptungen, keine eindeutigen und stabilen individuellen Profile zeigen. Unter Verwendung modernster Proteinanalysen ermittelten wir, dass Mäuse ungefähr neun MUPs pro Individuum produzieren, und mittels DNA-Sequenzierung fanden wir keine individuelle Variation in MUP-Genen. Daher zeigen unsere Ergebnisse, dass die Erkennung von Individuen oder Verwandten nicht auf MUPs basieren kann. Unser zweites Ziel war es, die MUP-Regulierung zu untersuchen und zu testen, ob die MUP-Ausscheidung ein zuverlässiges Signal für den sozialen Status des Männchens liefert (Sozialer Status-Hypothese). Wir studierten Hausmäuse, die in großen halbnatürlichen Gehegen lebten und fanden heraus, dass Männchen die Ausscheidung von MUPs erhöhten, nachdem sie sozial dominant geworden waren. Unter Verwendung von Geruchstests konnten wir zeigen, dass Weibchen mehr vom Geruch dominanter als subordinativer Männchen angezogen wurden, aber dieses Ergebnis war nicht auf die männliche MUP-Konzentration als solche zurückzuführen. Weitere Analysen zeigten, dass dominante Männchen höhere Konzentrationen eines bestimmten MUP (MUP20 oder Darcin, welches Weibchen anlockt) und eines flüchtigen Pheromons (welches die weibliche Reproduktion beeinflusst) ausscheiden. Unsere Ergebnisse weisen darauf hin, dass männliche Mäuse die gesamte MUP-Ausscheidung die bestimmte Pheromone enthält abhängig von ihrem sozialen Status regulieren, was ihre sexuelle Attraktivität erhöht. Schließlich untersuchten wir die Hypothese, dass MUPs toxische Abfallprodukte binden und transportieren (Giftige Abfälle- Hypothese). Überraschend fanden wir eine industrielle Chemikalie im Urin unserer Mäuse, die durch Proteine im Urin gebunden ist, wie von der Hypothese des toxischen Abfalls vorhergesagt. Zusammenfassend stellen unsere Ergebnisse eine seit langem bestehende Erklärung für die Funktion von MUPs (Individual- und Verwandtschafts-Erkennung) in Frage. Sie stützen die Hypothese, dass MUPs nach dem männlichen sozialen Status reguliert werden, was die olfaktorische Anziehung der Weibchen gegenüber dominanten Männchen erklärt. Unsere Ergebnisse tragen dazu bei, die chemische Kommunikation bei Säugetieren besser zu verstehen und einen unerwarteten Zusammenhang zwischen chemischen Signalen und der Beseitigung giftiger Abfälle herzustellen.