Die Mischung macht's – Duftstoffe im Urin lösen bei Mäusen komplexes Verhalten aus

Im Tierreich wird Sozialverhalten über eine Vielzahl von Signalen gesteuert. Der Urin von Mäusen beispielsweise enthält so genannte „Major urinary proteins“ (MUPs). Diese vermitteln wichtige Informationen, unter anderem zum Aggressions- und Paarungsverhalten des Tieres.

Prof. Dr. Marc Spehr, Lichtenberg-Professor der Aachener Biologie und Biotechnologie, konnte nun erstmals zusammen mit internationalen Kooperationspartnern zeigen, wie diese unterschiedlichen Informationen produziert und erkannt werden. Die Forschungsergebnisse wurden im renommierten Fachmagazin „Cell“ vorgestellt.

Mäuse können mit Hilfe eines speziellen Geruchsorgans, dem Vomeronasalen Organ, Duftstoffen wichtige Informationen entnehmen. „Für die richtige Interpretation der Urin-Duftmarken bzw. der darin enthaltenen Pheromone ist die Unterscheidung zwischen den eigenen und fremden Signalen entscheidend“, berichtet Spehr.

„Die eigene Duftmarke darf auf keinen Fall Aggression hervorrufen oder hierarchische Gruppenstrukturen verändern“, so der Leiter der Abteilung Chemosensorik am Institut für Biologie II. Doch wie gelingt es dem Nervensystem, mit einer begrenzten Zahl von Pheromonsubstanzen stereotype Verhaltensweisen wie Aggression oder Paarungsbereitschaft zu steuern und gleichzeitig Eigen- und Fremderkennung zu ermöglichen?

Bei dieser Fragestellung kamen die Wissenschaftler einen entscheidenden Schritt weiter. „Obwohl der genetische Baukasten der Mäuse 21 sunterschiedliche MUPs enthält, produziert jede Maus nur zwischen vier und zwölf verschiedene Proteine“, erläutert Marc Spehr. Aus diesen „Grundsubstanzen“ mixt jedes Individuum jedoch einen unterschiedlichen „Cocktail“ von MUPs und gibt ihn mit dem Urin ab. Es entsteht eine Art persönliche Duftmarke, die eine Vielzahl relevanter Informationen enthält.

Dazu gehört auch die wichtige Information, ob es sich um Eigen- oder Fremdurin handelt. So konnten die Forscher mit Hilfe manipulierter MUP-Mischungen in Verhaltensversuchen und in neurophysiologischen Experimenten zeigen, dass schon kleine Veränderungen im MUP-Cocktail die Identität der Mäuse veränderten. Beispielsweise konnte das Reviermarkieren, das so genannte countermarking, bereits beobachtet werden, wenn dem eigenen Urin lediglich ein „fremdes“ MUP-Protein hinzugefügt worden war. Wurden den Tieren Duftmarken aus eigenem Urin oder dem eigenen MUP-Cocktail präsentiert, blieb jegliche Verhaltensreaktion aus. 

Im nächsten Schritt entschlüsselten die Aachener Wissenschaftler, wie das Verhalten auf der neuronalen Ebene ausgelöst wird. Hierzu untersuchten sie einzelne Nervenzellen im Vomeronasalen Organ und zeichneten deren Aktivität während der Stimulation durch Duftstoffe auf. Bei den Experimenten kamen die Doktoranden Tobias Ackels und Annika Cichy auf der Suche nach den verantwortlichen Nervenzellen zu einem verblüffenden Ergebnis:

Von über 1000 untersuchten Neuronen im Vomeronasalen Organ reagierte nur ein Bruchteil, nämlich 2,5 Prozent der Nervenzellen empfindlich auf die MUPs. Während manche Neuronen sehr spezifisch auf nur ein bestimmtes MUP reagierten, zeigten andere Nervenzellen wiederum ein breites Antwortmuster auf verschiedene MUPs.

„Bisher gingen wir davon aus, dass einzelne Sensoren des Vomeronasalen Organs ausschließlich auf ganz spezifische Pheromone reagieren“, erklärt Marc Spehr. „Die neuen Erkenntnisse legen nun nahe, dass manche Nervenzellen echte Entschlüsselungsspezialisten sind.“

Infos:
Prof. Dr. Marc Spehr
Abteilung Chemosensorik, Institut für Biologie II, RWTH Aachen
Tel. 0241 8020802; E-Mail: m.spehr@sensorik.rwth-aachen.de

http://www.cell.com/cell/abstract/S0092-8674%2814%2900224-4