Eiweiße im Urin männlicher Mäuse sagen nichts über Verwandtschaft aus

(13.12.2016) Männliche Hausmäuse produzieren eine große Zahl an speziellen Eiweißen, den sogenannten „Major Urinary Proteins“ (MUPs), an die Duftstoffe gebunden sind. Bislang galten diese Proteine als individuelle Duftsignatur, mit der fremde oder verwandte Tiere erkannt werden können.

Forschenden der Vetmeduni Vienna gelang es nun diese Annahme zu widerlegen. Sie zeigten erstmals an männlichen Hausmäusen, dass sich die entsprechenden Gene der Mäuse kaum unterscheiden und sich auch die Anzahl der Proteine im Urin nur in bestimmten  Situationen verändert.

ie Tiere scheinen mit den „Major Urinary Proteins“ (MUPs) auf soziale Umstellungen zu reagieren. Sie nutzen sie nicht – wie bisher angenommen - um über sie Verwandte zu erschnuppern. Die Ergebnisse wurden in den Fachzeitschriften Scientific Reports und Molecular Biosystems veröffentlicht.

Anders als beim Menschen ist der Urin von männlichen Mäusen mit verschiedenen Proteinen angereichert. Einen Großteil machen Eiweiße aus der Gruppe der sogenannten Major Urinary Proteins (MUPs) aus. 

An diese können sich flüchtige Duftstoffe (Pheromone) anlagern und über den Urin als Duftmarken ausgeschieden werden. Das Erbgut der Tiere enthält den genetischen Code für bis zu einundzwanzig dieser Proteine.

Bislang wurde angenommen, dass sich MUPs von Maus zu Maus stark unterscheiden. Dadurch würde sich eine individuelle Signatur ähnlich einem chemischen Dufthinweis ergeben, durch die verwandte oder fremde Tiere erkannt werden können.

Eine eindeutige Bestätigung für diese Hypothese wurde bislang allerdings nicht erbracht.

Forschende der Vetmeduni Vienna untersuchten deshalb die DNA-Abschnitte, die den genetischen Code der Proteine ausmachen und auch die Proteine selbst. Sie fanden heraus, dass die Hypothese neu überdacht werden muss.

Barcode-Hypothese nicht eindeutig bewiesen

„Uns interessieren die genetischen Grundlagen wie Mäuse verwandte Tiere erkennen können. Das ist wichtig, damit Inzucht weitgehend vermieden werden kann. Die MUPs galten bis jetzt als solche Grundlage“, erklärt Dustin Penn vom Konrad-Lorenz-Institut für Vergleichende Verhaltensforschung.

Bei der sogenannten Barcode-Hypothese wurde angenommen, dass eine individuelle Unterscheidung  möglich ist. Dafür müssen die Voraussetzungen sowohl in den Genen, als auch bei den fertigen Proteinen gegeben sein.

Die MUPs müssten sich demnach von Individuum zu Individuum stark voneinander unterscheiden. Penn und seinem Team gelang nun gemeinsam mit Proteinexperten der Vetmeduni Vienna erstmals der Nachweis, dass genau diese Voraussetzung nicht zutrifft.

Urinproteine helfen nicht beim Erkennen von verwandten Tieren

Das Forschungsteam analysierte zuerst mit modernen Sequenzierungsmethoden den Bereich des Erbgutes mit den MUP-Genen wilder Hausmäuse. Sie konnten zeigen, dass sich die einzelnen Gensequenzen kaum voneinander unterscheiden.

„Damit ist die Voraussetzung der hohen genetischen Varianz nicht gegeben und eine Bestimmung der Verwandtschaft anhand der MUPs nicht möglich“, erklärt Penn. „Die Barcode-Hypothese muss damit hinterfragt werden.“

Bei der Analyse der entsprechenden Proteine wurde gezeigt, dass auch die Anzahl der produzierten Eiweiße in den einzelnen Urinproben kaum variiert.

Außerdem konnte das Forschungsteam nachweisen, dass die bislang angewandten Methoden zur Analyse der MUPs nicht für eine Differenzierung geeignet sind.

Die verschiedenen Major Urinary Proteins können nicht in einem Gel aufgetrennt werden. Man kann also mit den üblichen Protein-Gel-Methoden nicht ermitteln welche MUPs im Urin einer Maus sind und ob sie sich unterscheiden.

Dies war den Forschern nun jedoch mit hochgradig reinen Proteinen und einer speziellen Methode der Massenspektrometrie möglich, bei der die Proteine anhand ihrer Masse aufgetrennt werden.

Welche Proteine im Urin sind kommt auf die Situation an

Mit dieser Methode konnten letztendlich auch die unterschiedlichen Proteine in den einzelnen Urinproben ermittelt werden. „Die Annahme, dass Mäuse ihre Verwandten durch die MUPs identifizieren, also per chemischem Strichcode erkennen können, kann aufgrund unserer Daten nicht getroffen werden“, sagt Penn.

„Viel wahrscheinlicher ist dagegen, dass sie unterschiedliche Sets je nach sozialer Situation ausscheiden.“

Die hoch-auflösende Protein-Nachweismethode zeigte, dass unter anderem eine Veränderung des sozialen Umfelds die Produktion bestimmter MUPS zur Folge hatte. Damit wäre die Zusammensetzung der Proteine im Urin eher als eine Reaktion auf soziale oder fortpflanzungstechnische Umstände zu verstehen.

Wie Mäuse dagegen ihre Verwandten identifizieren können wir derzeit noch nicht beantworten. „Zukünftige Versuche werden zeigen, wie die chemische Kommunikation funktioniert und warum die MUPs eine Reaktion auf soziale Veränderungen wiederspiegeln“, so Penn.

Publikation

Der Artikel „Diversity of major urinary proteins (MUPs) in wild house mice“ von Michaela Thoß, Viktoria Enk, Hans Yu, Ingrid Miller, Kenneth C. Luzynski, Boglarka Balint, Steve Smith, Ebrahim Razzazi-Fazeli und Dustin J. Penn wurde in der Fachzeitschrift Scientific Reports veröffentlicht.

http://www.nature.com/articles/srep38378

Der Artikel „Regulation of highly homologous major urinary proteins in house mice quantified with label-free methods“ von Michaela Thoß, Christian Baumann, Kenneth C. Luzynski, Ebrahim Razzazi-Fazeli und Dustin J. Penn wurde in der Fachzeitschrift Molecular Biosystems veröffentlicht.

http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2016/mb/c6mb00278a#!divAbstract



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