Neuroglobin, Cytoglobin und Myoglobin in der Blindmaus Spalax ehrenbergi: Adaptation an „unterirdische Verhältnisse“

Hypoxie ist ein Zustand des Sauerstoffmangels, hervorgerufen durch fehlende Verfügbarkeit von Sauerstoff in der Umgebung eines Organismus oder durch pathologisch bedingte unzureichende Nutzbarkeit des Sauerstoffs von Geweben. Die Sensitivität gegenüber Hypoxie variiert enorm im Tierreich zwischen verschiedenen Phyla und Spezies. Die meisten Säugetiere sind nur unzureichend an niedrige Sauerstoffkonzentrationen angepasst, wohingegen einige unterirdisch lebende Säuger sehr resistent gegen Hypoxiestress sind. Um die molekulare Basis der Hypoxietoleranz zu bestimmen, wurden in der vorliegenden Arbeit Globine untersucht, die potenziell in der Lage sind, als respiratorische Proteine zur Hypoxietoleranz von Tieren beizutragen. Dazu wurde die Expression der Globine in der hypoxieresistenten, in Israel lebenden Blindmaus Spalax ehrenbergi mit der Genexpression in der hypoxiesensitiven Ratte (Rattus norvegicus) verglichen. In der vorliegenden Arbeit wurden die erst vor wenigen Jahren entdeckten Globine Neuroglobin und Cytoglobin untersucht, deren exakte physiologische Rolle noch unklar ist, und mit Daten des viel detaillierter untersuchten Myoglobins verglichen. Beim Vergleich der Expression von Cytoglobin und Neuroglobin in Spalax versus Ratte fällt auf, dass Neuroglobin und Cytoglobin bereits unter normoxischen Bedingungen auf mRNA- und Proteinebene in der Blindmaus um einen Faktor von mindesten 2 bis 3 verstärkt exprimiert werden. Bei Myoglobin (als dem Kontrollgen mit bekannter Funktion) konnte auf mRNA-Ebene eine noch weitaus stärkere Expression in Spalax vs. Ratte gefunden werden. Das übergreifende Phänomen der verstärkten Genexpression von Globinen in Spalax kann im Sinne einer Präadaptation an das unterirdische, häufig hypoxische Leben der Blindmaus interpretiert werden. Einen weiteren Hinweis auf eine besondere, spezialisierte Funktion von Neuroglobin in Spalax geben immunhistochemische Daten, die zeigen, dass Neuroglobin im Gehirn von Spalax im Gegensatz zur Ratte nicht nur in Neuronen, sondern auch in Gliazellen exprimiert wird. Dies impliziert Änderungen des oxidativen Stoffwechsels im Nervensystem der hypoxietoleranten Spezies. Die zellulären Expressionsmuster von Cytoglobin erscheinen hingegen in beiden Säugerspezies weitgehend identisch. Es wurde der Frage nachgegangen, ob und wie experimentell induzierte Hypoxie die Genexpression der Globine verändert. Dabei zeigten sich für Neuroglobin und Cytoglobin unterschiedliche Expressionsmuster. Neuroglobin wird unter diversen Sauerstoffmangelbedingungen sowohl in der Ratte als auch in Spalax auf mRNA- und Proteinebene herunterreguliert. Ein ähnliches Regulationsverhalten wurde auch für Myoglobin beobachtet. Die verminderte Expression von Neuroglobin (und evtl. auch Myoglobin) unter Hypoxie ist mit einer gezielten Verringerung der Sauerstoff-Speicherkapazität in Abwesenheit von O2 zu erklären. Ein weiterer denkbarer Grund könnte auch die allgemeine Tendenz sein, unter Hypoxie aus Energiespargründen den Metabolismus herunter zu regulieren. Cytoglobin, das bei normalen Sauerstoffbedingungen nur im Gehirn von Spalax (nicht jedoch in Herz und Leber) ebenfalls um Faktor 2 bis 3 stärker exprimiert wird als in der Ratte, ist mit einiger Sicherheit ebenfalls von adaptivem Nutzen für die Anpassung von Spalax an niedrige Sauerstoffbedingungen, wenngleich seine Funktion unklar bleibt. Unter Hypoxie wird die Cytoglobin-mRNA sowohl in Spalax als auch in der Ratte hochreguliert. Es konnte in der vorliegenden Arbeit dargelegt werden, dass die Expression von Cygb höchstwahrscheinlich durch den Transkriptionsfaktor Hif-1 gesteuert wird, der die molekulare Hypoxieantwort vieler Tierarten zentral steuert. In der vorliegenden Arbeit wurde ebenfalls die Expression von Ngb und Cygb im Gehirn des Hausschweins (Sus scrofa) untersucht. Diese Spezies diente in der Arbeit als weiterer hypoxiesensitiver Organismus sowie als biomedizinisch relevantes Modell für eine Operation an Säuglingen mit angeborenen Herzkrankheiten. Die Versuche haben gezeigt, dass die Gabe bestimmter Medikamente wie dem Immunsuppressivum FK506 zu einer erhöhten Ngb-Konzentration auf mRNA-Ebene führen kann, was potenziell im Zusammenhang mit beobachteten protektiven Effekten der Medikamentengabe während und nach der Herzoperation steht.

Sperm-binding fibronectin type II-module proteins are genetically linked and functionally related

Fibronectin type II (Fn2) module-containing proteins in the male genital tract are characterized by different numbers of Fn2 modules. Predominantly two classes exist which are distinct by having either two or four Fn2 modules. Minor variants with three Fn2 modules were also found in the human and the porcine epididymis. To reveal their relationship, mRNAs and proteins of representatives of these classes were studied in human, in Sus scrofa, and in rodents. Adult boars expressed members of both classes, i.e. ELSPBP1 and pB1, in subsequent regions of the epididymis, and both were under androgenic control. Human and rodent epididymides, on the other hand, alternatively contained only representatives of one of these two classes, i.e. ELSPBP1 in the human and two different pB1-related counterparts in rodents. ELSPBP1 and pB1-related genomic sequences were closely linked in chromosomal regions HSA 19q and SSC 6 q11-q21; conserved synteny between these regions is well established. On the other hand, in a syntenic region on mouse chromosome 7, ELSPBP1-related sequences were lacking. Tight binding to the sperm membrane via a choline-mediated mechanism was a common feature of the two classes of Fn2-module proteins, suggesting related function(s). However, differences in their regionalized expression patterns along the male genital tract as well as in association sites on the sperm surface suggested a species-specific sequential order in sperm binding.

Effects of thermal environment on hypothalamic-pituitary-adrenal axis hormones, oxytocin, and behavioral activity in periparturient sows

Provision of additional floor heating (33 to 34 degrees C) at birth and during the early postnatal hours is favorable for newborn piglets of domestic sows (Sus scrofa). We investigated whether this relatively high temperature influenced sow behavior and physiology around farrowing. One-half of 28 second-parity pregnant sows were randomly chosen to be exposed to floor heating 12 h after onset of nest building and until 48 h after birth of the first piglet (heat treatment), whereas the rest of the sows entered the control group (control treatment) with no floor heating. Hourly blood sampling from 8 h before and until 24 h after the birth of the first piglet was used for investigation of temporal changes in plasma concentrations of oxytocin, cortisol, and ACTH. In addition, occurrence and duration of sow postures were recorded -8 to +48 h relative to the birth of the first piglet. There was a clear temporal development in sow behavior and hormone concentrations (ACTH, cortisol, and oxytocin) across parturition (P < 0.001), independent of treatment. In general, hormone concentrations increased from the start to the end of farrowing. The observed oxytocin increase and peak late in farrowing coincided with the passive phase where sows lie laterally with an overall reduced activity. Floor heating increased the mean concentration of cortisol (P = 0.02; estimated as 29% greater than in controls) and tended to increase the mean concentration of ACTH (P = 0.08; estimated as 17% greater than in controls), but we did not find any treatment effect on mean oxytocin concentrations, the course of parturition, or the behavior of sows. Behavioral thermoregulation may, however, have lost some function for the sows because the floor was fully heated in our study. In addition, exposure to heat decreased the between-sow variation of plasma oxytocin (approximately 31% less relative to control) and ACTH (approximately 46% less relative to control). Whether this decreased variation may be indicative of acute stress or linked to other biological events is unclear. In conclusion, inescapable floor heating (around 33.5 degrees C) may be considered a stressor for sows around farrowing, giving rise to elevated plasma concentrations of cortisol, but without concurrent changes in oxytocin or behavioral activity.

Surveillance of bovine tuberculosis and risk estimation of a future reservoir formation in wildlife in Switzerland and Liechtenstein.

Bovine tuberculosis (bTB) caused by Mycobacterium bovis or M. caprae has recently (re-) emerged in livestock and wildlife in all countries bordering Switzerland (CH) and the Principality of Liechtenstein (FL). Comprehensive data for Swiss and Liechtenstein wildlife are not available so far, although two native species, wild boar (Sus scrofa) and red deer (Cervus elaphus elaphus), act as bTB reservoirs elsewhere in continental Europe. Our aims were (1) to assess the occurrence of bTB in these wild ungulates in CH/FL and to reinforce scanning surveillance in all wild mammals; (2) to evaluate the risk of a future bTB reservoir formation in wild boar and red deer in CH/FL. Tissue samples collected from 2009 to 2011 from 434 hunted red deer and wild boar and from eight diseased ungulates with tuberculosis-like lesions were tested by direct real-time PCR and culture to detect mycobacteria of the Mycobacterium tuberculosis complex (MTBC). Identification of suspicious colonies was attempted by real-time PCR, genotyping and spoligotyping. Information on risk factors for bTB maintenance within wildlife populations was retrieved from the literature and the situation regarding identified factors was assessed for our study areas. Mycobacteria of the MTBC were detected in six out of 165 wild boar (3.6%; 95% CI: 1.4-7.8) but none of the 269 red deer (0%; 0-1.4). M. microti was identified in two MTBC-positive wild boar, while species identification remained unsuccessful in four cases. Main risk factors for bTB maintenance worldwide, including different causes of aggregation often resulting from intensive wildlife management, are largely absent in CH and FL. In conclusion, M. bovis and M. caprae were not detected but we report for the first time MTBC mycobacteria in Swiss wild boar. Present conditions seem unfavorable for a reservoir emergence, nevertheless increasing population numbers of wild ungulates and offal consumption may represent a risk.