Zelluläre Grundlagen von Magnetorezeption

Jedes Jahr migrieren Millionen von Tieren von der nördlichen in die südliche Hemisphäre und überwinden dabei Ozeane. Für diese Wanderschaft dient ihnen das Erdmagnetfeld als Orientierung. Die zelluläre Grundlage für diesen faszinierenden Sinn, der Magnetorezeption genannt wird, ist noch immer ein wissenschaftliches Mysterium.Die Magnetit-Theorie ist eine Hypothese, die versucht die Grundlage des Sinnes der Magnetorezeption zu erklären. Ihr zufolge wird die magnetische Information mit Hilfe des Eisenoxids Magnetit (Fe 2 O3 ) in neuronale Impulse umgewandelt. Der gegenwärtige Stand der Forschung ist, dass Tauben einen Magnetorezeptor verwenden, der mit dem ophthalmischen Zweig des Trigeminus und dem vestibularen System assoziiert ist. Die Sinneszellen sind jedoch nach wie vor unbekannt. Das Ziel dieses Forschungsantrages ist es, diese primären, magnetosensitiven Zellen zu finden. Das Projekt kann in drei spezifische Aims unterteilt werden: (1) die Identifizierung von potenziellen magnetorezeptiven Zellen (PMCs, engl.: putative magnetoreceptive cells); (2) die Charakterisierung von diesen PMCs; und (3) ihre spezifische Inaktivierung. Um Aim (1), die Identifizierung von PMCs, zu erreichen, werden wir sowohl histologische Techniken als auch unser neues "Magnetoskop" verwenden. Letzteres erlaubt die Isolierung einzelner Zellen auf Grundlage ihres magnetischen Moments. In Aim (2) soll mit Hilfe einer Reihe von molekularen, subzellulären, magnetischen und funktionellen Werkzeugen die Charakterisierung der isolierten PMCs erreicht werden. In Zusammenarbeit mit Dr. Jeremy Shaw (University of Western Australia) werden wir Isolated Magnetic Cell Transmission Electron Microscopy (iMAC-TEM), Energy Filtered Transmission Electron Microscopy (EFTEM) und Selected Area Diffraction (SAED) anwenden, um die subzelluläre Architektur dieser Zellen zu beschreiben und festzustellen, ob sie Magnetit enthalten oder nicht. Weiters werden wir in Zusammenarbeit mit Dr. Michael Winklhofer (Ludwig Maximilian Universität) Magnetic Force Microscopy (MFM) anwenden, um mehr über ihre magnetischen Eigenschaften zu erfahren. Um festzustellen ob PMCs in vitro sensitiv auf Änderungen im Magnetfeld sind, werden wir unser neues Mikroskop, bei dessen Bau auf ferromagnetische Materialen gänzlich verzichtet wurde, verwenden, um mit Hilfe von "Calcium-Imaging" danach zu fragen, ob Zellen auf einen bestimmten magnetischen Vektor reagieren. Wenn die mit dieser Vorgehensweise identifizierten Zellen, in der Tat magnetorezeptiven sind, sollte ihre Inaktivierung folgende Effekte haben: (1) eine Verminderung der durch magnetische Information induzierten neuronalen Aktivität im zentralen Nervensystem und (2) eine Beeinträchtigung der Fähigkeit Aufgaben zu lösen, welche die Wahrnehmung von Magnetfeldern benötigen. Wir werden diese Hypothese in Aim (3) testen, indem wir gemeinsam mit Dr. Michael McGrew (Roslin Institute) Tauben generieren, die ein induzierbares Transgen enthalten, welches in PMCs Apoptose verursacht. Um genetische Marker für PMCs zu identifizieren, werden wir neben bioinformatischen Analysen das Transkriptom analysieren und in situ Hybridisierungen durchführen. Die Promotoren der Markergene werden anschließend mit bakteriellen Nitroreduktasen gekoppelt (welches in der Gegenwart der Chemikalie CB1954 zu Apoptose führt) und transgene Tauben werden mittels Lentivirus-Injektion generiert. Nach der genetischen, oder alternativ auch chemischen, Inaktivierung werden wir anatomische und verhaltensbiologische Phänotypisierung durchführen, sodass eine direkte Korrelation zwischen einem bestimmten Zelltyp und Magnetorezeption hergestellt werden kann.