Der Winterschlaf ist ein Zustand, den bestimmte Säugetiere als Anpassung an widrige Winterbedingungen annehmen. Typisch für den Winterschlaf sind eine stark reduzierte Stoffwechselaktivität und eine erniedrigte Körpertemperatur.
Als warmblütige Tiere machen Primaten (mit Ausnahme von Lemuren) keinen natürlichen Winterschlaf oder erleben nicht einmal Erstarrung. Aber können wir die Körpertemperatur von Primaten manipulieren und sie in einen hypometabolischen Zustand oder sogar in einen künstlichen Winterschlaf versetzen?
Ein Forschungsteam unter der Leitung von Dr. Wang Hong und Dr. Dai Ji vom Shenzhen Institute of Advanced Technology (SIAT) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften hat kürzlich über die erste zuverlässige Hypothermie bei nichtmenschlichen Primaten berichtet, die durch die Aktivierung einer Gruppe hypothalamischer Neuronen verursacht wurde.
Die Studie wurde veröffentlicht in Die Innovation.
Die Forscher untersuchten die Thermoregulation im nichtmenschlichen Primaten Macaca fascicularis, indem sie chemogenetische Manipulation, funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT), Verhaltensanalyse und Überwachung einer umfassenden Reihe physiologischer und biochemischer Parameter kombinierten.
„Um das gehirnweite Netzwerk als Folge der Aktivierung des präoptischen Bereichs (POA) zu untersuchen, führten wir fMRT-Scans durch und identifizierten mehrere Regionen, die an der Thermoregulation und Interozeption beteiligt sind“, sagte Dr. Dai, einer der korrespondierenden Autoren. „Dies ist die erste fMRT-Studie, die die durch chemogenetische Aktivierung aufgedeckten gehirnweiten funktionellen Verbindungen untersucht.“
Die Forscher zielten selektiv auf exzitatorische Neuronen im POA des Hypothalamus im Affengehirn ab, indem sie Neuronen lokal mit DREADD-kodierenden Viren infizierten, die vom CAMKII-Promotor gesteuert wurden. „DREADD“ bezieht sich auf Designerrezeptoren, die ausschließlich durch Designerdrogen aktiviert werden. Sie fanden heraus, dass die Aktivierung der Untergruppe von POA-Neuronen durch den verwandten DREADD-Agonisten Clozapin-N-Oxid (CNO) zuverlässig eine Hypothermie bei anästhesierten und wachen Affen auslöste.
In den anästhesierten Experimenten induzierte überraschenderweise die CNO-induzierte neuronale Aktivität eine Abnahme der Körperkerntemperatur, was der externen Erwärmung entgegenwirkte. Dies zeigt, dass die evolutionär konservierten exzitatorischen Neuronen im POA ebenfalls funktionell konserviert sind und eine entscheidende Rolle bei der Thermoregulation im Primatengehirn spielen.
Die Forscher untersuchten die autonomen und Verhaltensreaktionen auf die induzierte Hypothermie im Affenmodell. Im Gegensatz zu Mäusen, die normalerweise die Aktivität verringern und die Herzfrequenz senken, verteidigen Affen ihre Körpertemperatur durch einen Anstieg der Herzfrequenz, ein Zittern ihrer Skelettmuskulatur und eine Steigerung der Fortbewegung. Alle Daten deuten darauf hin, dass der Thermoregulationsmechanismus von Primaten komplexer ist als der von Mäusen. Anatomisch konservierte Zelltypen können in ihren Verbindungen und Funktionen voneinander abweichen.
„Diese Arbeit liefert die erste erfolgreiche Demonstration von Hypothermie bei einem Primaten, die auf gezielter neuronaler Manipulation basiert“, sagte Dr. Wang. „Mit der wachsenden Leidenschaft für die bemannte Raumfahrt ist dieses unterkühlte Affenmodell ein Meilenstein auf dem langen Weg zum künstlichen Winterschlaf.“
Mehr Informationen:
Zhiting Zhang et al., Präoptische Neuronen von Primaten treiben Hypothermie und Kälteabwehr an, Die Innovation (2022). DOI: 10.1016/j.xinn.2022.100358