Erforschung der molekularen Grundlagen einer durch nutritive Konzentrationen von Lithium induzierten Erhöhung der Eiproduktion bei Drosophila melanogaster

• Antragsteller: Professor Dr. Gerald Rimbach
• Fachliche Zuordnung: Ernährungswissenschaften
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 534383576

Lithium ist seit langem als bioaktive Substanz bekannt. Pharmakologische Dosen werden zur Behandlung neurologischer Erkrankungen eingesetzt und fördern nachweislich die Proliferation somatischer Stammzellen von Säugetieren. Es ist jedoch weitestgehend unklar, ob über die Ernährung erreichbare Konzentrationen von Lithium eine vorteilhafte Bioaktivität aufweisen, was auf eine potenziell essentielle Funktion hindeuten könnte. In unseren Vorversuchen haben wir Drosophila melanogaster verwendet, um die Auswirkungen verschiedener der Nahrung zugesetzten Lithiumkonzentrationen auf ausgewählte biologische Merkmale zu untersuchen. Dabei haben wir festgestellt, dass eine Lithiumkonzentration von ≈0,7 mg/L in der Diät ausreicht, um die Eiproduktion von Fruchtfliegen signifikant um 30-35% zu steigern, was mit einer signifikanten Veränderung der Transkriptionslevel von etwa 400 Genen in den Ovarien verbunden war. In dem geplanten DFG-Projekt werden wir verschiedene Fütterungsprotokolle anwenden, um ernährungsphysiologische Aspekte der Lithiumfütterung (wie z. B. Dosisabhängigkeit, Reversibilität, kompetitive Hemmung durch andere Metallkationen und transgenerationale Effekte) im Hinblick auf die Eiproduktion zu entschlüsseln. So soll auch geklärt werden, ob Lithium den altersbedingten Rückgang der Eiproduktion und die männliche Fruchtbarkeit moduliert. Nahrungs-Lithium kann theoretisch auf verschiedene Schritte des Oogeneseprozesses einwirken. Um dies zu analysieren, werden wir die Folgen von diätetischem Lithium auf die Keimzellen, die Keimbahnentwicklung und die Ovulation hauptsächlich mit Hilfe der Mikroskopie bestimmen. Unsere vorläufigen Studien deuten darauf hin, dass Nahrungs-Lithium den Insulin-Signalweg, die GSK3/Sgg-Aktivität und den Octopamin-Signalweg beeinflusst. Durch den Einsatz verschiedener genetischer Strategien, einschließlich Zellablation, organ- bzw. gewebespezifischer Überexpression/RNAi und Mutantenstämmen, in Kombination mit analytischen und molekularbiologischen Methoden werden wir untersuchen, ob Lithium mit diesen Signalwegen interagiert. Aus den 400 Genen, deren Expression in den Ovarien durch ≈0,7 mg/L Lithium verändert wurde, haben wir Kandidatengene ausgewählt. Ihre differentielle Transkription in Folge einer Lithium-Supplementation soll zunächst durch qRT-PCR bestätigt werden, bevor die Expressionsmuster der verifizierten Gene durch Reportergen-Ansätze ermittelt wird. Um eine mögliche Rolle dieser Gene in der Oogenese zu bewerten, werden wir organ- und gewebespezifische Überexpression/RNAi und Mutanten-Stämme einsetzen. Darüber hinaus sollen mit Hilfe von in-silico-Methoden putative Transkriptionsfaktor-Bindungsstellen in den Promotorregionen der 400 Gene identifiziert werden, die uns zur Entdeckung Lithium-responsiver Transkriptionsfaktoren führen könnten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Kai Lüersen