Hormonelle Regulation von Wachstum und Reproduktion

In der Natur sind viele Strategien zur Maximierung des Fortpflanzungserfolges realisiert. Eine der faszinie-rendsten ist das Auftreten der Semelparie, einer alles-oder-nichts Strategie, die mit dem Tod des Individuums endet. Semelparie geht in vielen Fällen mit den bei vielen aquatischen Lebewesen auftretenden Massen-befruchtungen einher; bekannte Beispiele hierfür sind der Palolowurm, Korallen oder Lachse. Bei dieser Art der Fortpflanzung erfolgt ein massiver Abbau von Muskelmasse und Energiereserven einhergehend mit einer massenhaften Erzeugung von Keimzellen, die zum Zeitpunkt des Ablaichens 80% der Biomasse des Tieres ausmachen können. Um einen maximalen Fortpflanzungserfolg zu gewährleisten, muss das Vorhandensein reifer Gameten sowohl im Individuum als auch in der Population synchronisiert werden. Trotz der weiten Verbreitung von Semelparie ist noch nichts über die ihr zugrunde liegenden molekularen Mechanismen bekannt. Dies ist hauptsächlich auf das Fehlen eines geeigneten Modellorganismus zurück zu führen.
Der marine Annelide Platynereis dumerilii ist in den vergangen Jahren als hervorragendes molekulares Modell für die Evolution von neuronalen Strukturen und Genomen etabliert worden. Viel länger ist er jedoch als Modell für die Synchronisation von Gametogenese und Fortpflanzung, so wie für den Einfluss von circa-lunaren Oszillatoren auf semelpare Fortpflanzungsweisen bekannt. Bei Platynereis ist der Eintritt in die Geschlechtsreife und die damit verbundene synchronisierte Keimzellentwicklung direkt mit dem sinkenden Titer eines bislang nicht näher charakterisierten Neurohormons, Nereidin, korreliert, welches funktional mit den Insekten Juvenilhormon(en) analogisiert wird. Abgesehen von seiner entscheidenden Rolle bei der Einleitung der Geschlechtsreifung und der begleitenden Metamorphose des Tieres von einem benthischen, fressenden, wachsenden, zu einem pelagischen, nicht-fressenden, sich reproduzierenden Tier, ist nichts über dieses Hormon bekannt. Elaeocyten (freie Coelomzellen), vergleichbar der Leber oder dem Insekten-Fettkörper, stellen das zentrale Stoffwechselorgan in Platynereis dar. Im Zuge der Geschlechtsreifung übernehmen sie die Hauptstoffwechsellast und sind dadurch direkt an diesem Prozess beteiligt. Da die Geschlechtsreifung eine massive Umverteilung der Energiereserven vom Soma in die Keimbahn beinhaltet, kommen Elaeocyten als zentrale Integrationsplattform für neuroendokrine Signale in Betracht.
Die zentralen Fragen dieses Forschungsvorhabens sind: Was ist die chemische Natur von Nereidin? Wie beeinflusst Nereidin, auf molekularer Ebene, die Elaeocyten? Wie ist der zentrale Prozess der Geschlechts-reifung, die Vitellogenese (Vitellogeninsynthese), durch Nereidin und dem kürzlich demonstrierten gonado-tropen Faktor reguliert?
Zu Bearbeitung dieser Fragen werden biochemische, zellbiologische und genetische Methoden angewandt werden. Die Charakterisierung von Nereidin wird vor allem biochemisch geschehen, dabei wird der inhibi-torische Effekt von Nereidin auf die Vitellogenese als Testsystem für die erhaltenen Fraktionen dienen. Die Effekte von Nereidin auf Elaeocyten werden durch Transkriptomanalysen von Zellen aus unterschiedlichen Reifestadien geschehen. Die Regulation der Vitellogenese wird durch differentielle Transkriptomanalysen zur Identifizierung unterschiedlich regulierter Gene und Änderungen in Vitellogeninexpression von unterschied-lich behandelten Zellen analysiert werden.