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Der Geruch der Gene

20.03.2013
Wissenschaftler der Universität Tübingen identifizieren in einem Kooperationsprojekt die Moleküle, mit denen Geruchsrezeptoren von Mäusen die Gene von Artgenossen „erschnüffeln“ können.

Tiere und Menschen können bestimmte Gene des Immunsystems riechen, und dies beeinflusst die Partnerwahl – diese Hypothese hat auch in den Medien viel Aufmerksamkeit gefunden. Konkret geht es um die sogenannten „MHC-Gene“ (Major Histocompatibility Complex):

Eine Bevorzugung von Partnern mit möglichst anderen MHC-Genen als den eigenen böte eine erhöhte Vielfalt dieser Immungene unter den Nachkommen und damit eine größere Widerstandsfähigkeit gegen Krankheitserreger. Doch bisher konnten Geruchsstoffe, die Informationen über die MHC-Gene transportieren könnten, in Ausdünstungen oder Körperflüssigkeiten nicht nachgewiesen werden.

Dies ist nun einer Forschergruppe der Universität Tübingen in der Abteilung Immunologie und am Proteom Centrum Tübingen am Interfakultären Institut für Zellbiologie in Zusammenarbeit mit Kollegen von der Universität des Saarlandes gelungen. Die neuen Erkenntnisse, die in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht wurden, zwingen zum Überdenken der Hypothese.

Es steht fest, dass die MHC-Gene bestimmen, welche Eiweißschnipsel (MHC-Peptide) eine Zelle auf ihrer Oberfläche den Killerzellen des Immunsystems präsentiert. Diese Peptide kommen im Normalfall aus körpereigenen Eiweißen (Proteinen) und lösen dann keine Reaktion aus. Stammen die MHC-Peptide hingegen von einem Virus ab, können das die Killerzellen erkennen und die entsprechende Zelle abtöten. Die MHC-Peptide vermitteln nach einer gängigen Hypothese auch den Körpergeruch, der Auskunft über die MHC-Gene geben soll − am besten ist das bei Mäusen untersucht worden. Dort sind spezielle Geruchszellen bekannt, die verschiedene MHC-Peptide erkennen und unterscheiden können. Versuche haben gezeigt, dass synthetische MHC-Peptide in hohen Konzentrationen das Verhalten von Mäusen beeinflussen können und dass der Urin der Mäuse ein Träger des vermeintlichen MHC-Geruchs ist. Bisher war jedoch nicht bekannt, ob MHC- Peptide im Urin überhaupt natürlicherweise vorkommen.

Die Wissenschaftler konnten nun tatsächlich ein MHC-Peptid im Urin von Mäusen nachweisen, das von der Anwesenheit des entsprechenden MHC-Gens abhängt. Allerdings fanden sie nur extrem niedrige Konzentrationen: Im Urin ist über eine Million Mal weniger MHC-Peptid enthalten als bei bisherigen Verhaltensexperimenten verwendet wurde. Neben diesem einen MHC-Peptid wurden allerdings hunderte von anderen Peptiden im Maus-Urin identifiziert, die von allen möglichen Genen abstammen, aber mit den MHC-Genen nichts zu tun haben. Diese Peptide können einen Großteil des allgemeinen Genbestands der Maus in Stichproben abbilden. Ihre Konzentration ist bis zu eine Million Mal höher als die des MHC-Peptids und kommt damit den bei Verhaltensexperimenten eingesetzten Peptidmengen deutlich näher. Beide Sorten von Peptiden können Geruchszellen der Maus spezifisch aktivieren, wie die Kooperationspartner an der Universität des Saarlandes zeigten.

Diese Ergebnisse legen nahe, dass das „Erriechen“ der Ähnlichkeiten und Unterschiede in der Gesamtheit der Gene eine deutlich größere Rolle spielt als der Geruch der Immungene. Damit könnten umfangreiche Informationen zur familiären und evolutionären Verwandtschaft zwischen zwei Individuen übertragen werden. Tatsächlich stellten die Forscher fest, dass Nicht-MHC-Peptide, die zwischen zwei Mäusen derselben Art (Hausmaus) verschieden sind, von Geruchsrezeptoren präzise unterschieden werden können. Daher stellt sich die Frage, wie die bisherigen Experimente, die mit unnatürlich hohen Konzentrationen von MHC-Peptiden in synthetischer Form durchgeführt wurden, zu interpretieren sind. Beim Menschen ist bis heute kein einziges MHC-Peptid in Urin, Schweiß oder Speichel nachgewiesen worden. In jedem Fall muss die große Vielzahl der übrigen Peptide, die fast alle vorhandenen Gene abbilden können und in hohen Konzentrationen im Urin vorkommen, in künftige Verhaltensexperimente einbezogen werden. Möglicherweise überdecken diese häufigen Peptide bei Weitem den Einfluss derer, die Informationen über das Immunsystem geben können.

Originalpublikation:
Theo Sturm, Trese Leinders-Zufall, Boris Maèek, Mathias Walzer, Stephan Jung, Beate Pömmerl, Stefan Stevanoviæ, Frank Zufall, Peter Overath und Hans-Georg Rammensee: Mouse urinary peptides provide a molecular basis for genotype discrimination by nasal sensory neurons. Nature Communications. doi: 10.1038/ncomms2610; 19. März 2013.
Kontakt:
Prof. Dr. Hans-Georg Rammensee
Universität Tübingen
Medizinische und Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
Interfakultäres Institut für Zellbiologie
Telefon +49 7071 29-87628
rammensee[at]uni-tuebingen.de

Myriam Hönig | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-tuebingen.de

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