Evolution and functional characterisation of uncoupling proteins in vertebrates

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit dem stammesgeschichtlichen Ursprung von Entkopplerproteinen (uncoupling proteins, UCPs). Ein besonderes Augenmerk liegt dabei auf UCP1, das eine Schlüsselrolle bei der zitterfreien Wärmebildung im braunen Fettgewebe von Kleinsäugern, Winterschläfern und Neugeborenen spielt. Dort entkoppelt es die oxidative Phosphorylierung von der ATP-Synthese und setzt die protonenmotorische Kraft als Wärme frei. Die Arbeitshypothese war, dass die Charakterisierung phylogenetisch entfernter UCP1 Orthologe von Vertretern verschiedener Wirbeltierklassen Aufschluss darüber geben könnte, wann die zitterfreie Wärmebildung entstanden ist, die für moderne Säuger einen entscheidenden Vorteil in der Kälte darstellt. In dieser Arbeit wurde ein UCP1 Ortholog in ektothermen Fischen identifiziert, das bereits ähnliche biochemische Eigenschaften wie das Säugetier-UCP1 aufweist, jedoch nicht im Fettgewebe exprimiert wird. Dies widerlegte die gängige Meinung, dass UCP1 ein monophyletisches Merkmal der Säugetiere ist. Durch genomische Analysen konnte UCP1 erstmals auch in Beuteltieren nachgewiesen werden, bei denen die Fähigkeit zur zitterfreien Wärmebildung bisher kontrovers diskutiert wurde. Auf dieser Stufe der Wirbeltierentwicklung ist das UCP1-Genprodukt in bestimmten Fettgewebedepots zu finden und seine Expression wird, wie in modernen Kleinsäugern, durch Kälte induziert. Der Nachweis von UCP1 vermittelter Entkopplung im braunen Fettgewebe der Elefantenspitzmaus zeigte, dass nicht nur moderne sondern auch alte Eutheria schon diese Form der zitterfreien Wärmebildung besitzen. Zusammenfassend wurde in dieser Arbeit die stammesgeschichtliche Entwicklung von UCP1 wie folgt aufgeklärt: Die biochemischen Eigenschaften von Säugetier-UCP1 sind schon in Fischen zu finden, während die Expression im Fettgewebe erst in Beuteltieren auftritt. Ob das Thermogeneseorgan bereits bei Beuteltieren oder erst bei alten Eutheria-Spezies funktionell ist kann nun in Studien gezeigt werden, die die Thermogenese-Eigenschaften des UCP1- exprimierenden Fettgewebes im Beuteltier und des braunen Fettgewebes von Eutheria direkt vergleichen.