Forscher entdecken ein neues Getriebe in der Lebensuhr: Vitamin D

Neue Forschungen der Portland State University zeigen, dass Vitamin D oder ein Mangel daran die embryonale Entwicklung einer Fischart auslösen oder aussetzen kann. Die Studie liefert auch Hinweise darauf, dass das Vitamin für die frühe Entwicklung von Wirbeltieren im Allgemeinen entscheidend ist.

Der jährliche Killifisch Austrofundulus limnaeus lebt sein ganzes Leben in saisonalen Teichen, die sich füllen, wenn der Regen fällt und dann verdunsten. Um unter diesen unsicheren Umweltbedingungen zu überleben, entwickelten sich die Fische zu Embryonen, die auf Umwelteinflüsse reagieren, indem sie sich entlang zweier unterschiedlicher Trajektorien entwickelten. In einem wachsen die Embryonen zur Reife heran. Andererseits treten die Embryonen in mehrere Ruhephasen ein, in denen die gesamte Entwicklung zum Stillstand kommt, so dass die Embryonen monatelang im Trockenschlamm ohne Sauerstoff oder Wasser überleben können.

Forscher der Portland State University wollten wissen, welche regulierte Ruhezeit in den Embryonen von A. limnaeus herrscht und welche Mechanismen die Integration von Umweltkuren in ihr Entwicklungsprogramm ermöglichen. Um diese Frage zu beantworten, simulierte das Forschungsteam unterschiedliche Umweltbedingungen, indem es Embryonen des jährlichen Killifisches bei verschiedenen Temperaturen inkubierte, um die beiden Entwicklungstrajektorien zu induzieren. Sie analysierten dann die RNA der Fische in verschiedenen Entwicklungsstadien und suchten nach einem Gen, dessen Expression die Entwicklung entlang jeder Trajektorie auslöste.

Was die Forscher fanden, war unerwartet. Die Ergebnisse der Analyse zeigten, dass die Vitamin-D-Synthese und -Signalisierung bei aktiver Aktivität die normale Entwicklung der jährlichen Killifische unter Umweltbedingungen fördert, die die Ruhephase begünstigen. Umgekehrt führte die Hemmung des Weges dazu, dass Killifische der Ruhezustandstrajektorie unter Bedingungen folgten, die eine normale Entwicklung begünstigten. Das Forschungsteam war auch in der Lage, die Ruhephase in den Embryonen von Zebrafischen, einer Art, die die embryonale Entwicklung nicht aussetzt, zu induzieren, indem es die Vitamin-D-Synthese blockierte, was darauf hindeutet, dass das Vitamin für die Entwicklung der Wirbeltiere entscheidend ist. Die Forscher weisen auch auf ähnliche Rezeptoren hin, die die Ruhezeit bei Arten von Rundwürmern und Fruchtfliegen regulieren, was darauf hindeutet, dass die Funktion des Vitamin-D-Rezeptors in einer langen Evolutionsgeschichte über eine Reihe von Arten hinweg erhalten wurde.

„Dies ist eine neu entdeckte Rolle für Vitamin D“, sagte Amie Romney, Postdoc an der University of California, Davis‘ School of Veterinary Medicine, Anatomy, Physiology, and Cell Biology, und der Hauptautor der Studie, die kürzlich in PNAS veröffentlicht wurde. „Was wir sehen, ist, dass Vitamin D nicht nur für die Regulierung von Kalzium unerlässlich ist, sondern auch eine wichtige Rolle bei kritischen Übergängen in der Lebensgeschichte spielt und uns helfen kann, die Uhr, die den Lebenszyklus regulierte, besser zu verstehen.“

Laut Jason Podrabsky, Professor für Biologie am Portland State und Hauptforscher der Studie, könnte die Entdeckung des Forschungsteams zu einem besseren Verständnis der Ruhephase und der Mechanismen, die sie kontrollieren, führen, was auch Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit hat. Die Kenntnis der Systeme, die extreme physiologische Zustände wie Ruhezustand kontrollieren, könnte das Verständnis dafür verbessern, was auf molekularer Ebene geschieht, wenn jemand einen extremen Kälteschock oder medizinische Bedingungen wie einen Herzinfarkt oder Schlaganfall erleidet. Darüber hinaus könnte die Fähigkeit, die Ruhephase bei einer Fischart zu induzieren, die die Entwicklung nicht stoppt, der erste Schritt bei der Entwicklung von Techniken sein, um die Ruhephase bei anderen Arten, einschließlich Menschen, zu induzieren, was früher außerhalb des Bereichs der Science-Fiction als unmöglich galt.

Mehr Informationen:
Amie L. T. Romney et al. Temperaturabhängige Vitamin-D-Signalisierung reguliert die mit der Diapause verbundene Entwicklungstrajektorie bei einem jährlichen Killifisch, Proceedings of the National Academy of Sciences (2018). DOI: 10.1073/pnas.1804590115

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