Photoperiodische Regulation post-translationaler POMC Prozessierung im Hypothalamus des Djungarischen Zwerghamsters (Phodopus sungorus)

Einleitung und Ziel: Das Körpergewicht saisonaler Säugetiere, wie des Djungarischen Zwerghamsters, zeigt einen ausgeprägten photoperiodisch abhängigen Jahresrhythmus welcher über ein komplexes neuronales Netzwerk reguliert wird. Die hauptsächlich im Hypothalamus lokalisierten Regelkreisläufe, welche Informationen über die vorherrschende Photoperiode (Verhältnis von Hell/Dunkel) und die Verfügbarkeit von körpereigenen Energiereserven (z.B. durch das im Fettgewebe synthetisierte Hormon Leptin) integrieren, verrechnen diese Informationen mithilfe orektisch und anorektisch wirkender Neuropeptide. Ein Großteil dieser Neuropeptide liegt jedoch zunächst in Form inaktiver Vorläuferpeptide vor und muss eine Reihe post-translationaler Modifizierungen durch endo- und exoproteolytisch schneidende Enzyme durchlaufen, bevor die letztendlich bioaktiven Neuropeptide entstehen. In dieser Studie untersuchten wir den Effekt der Photoperiode auf die Expression der Prohormonkonvertasen 1/3 und 2 (PC1/3, PC2), sowie der Carboxypeptidase E (CPE) und ihren Einfluss auf die Prozessierung Energiemetabolismus regulierender Neuropeptidvorläufer, wie Pro-opiomelanocortin (POMC). Methoden: Die Genexpression und neuroanatomische Verteilung von PC1/3 und PC2 wurde mithilfe von in situ Hybridisierungen an hypothalamischen Gehirnsektionen langtag- (LT, 16h Licht: 8h Dunkel, n=20) und kurztagakklimatisierter (KT, 8h Licht: 16h Dunkel, n=20) Djungarischer Zwerghamster untersucht. Zusätzlich wurde durch Immunohistochemie das Kolokalisationsverhältnis der drei Enzyme mit dem Voräufer POMC und den aus ihm resultierenden Neuropeptiden ACTH, α-MSH und β-Endorphin in den Versuchsparadigmen LT und KT auch auf Proteinebene bestimmt. Abschließend wurde die Responsivität der CPE-Induktion nach intraperitonealer Leptingabe in LT und KT durch Immunohistochemie bestimmt. Ergebnis: mRNA und Immunoreaktivität (-ir) des Enzymes PC1/3 und der durch PC1/3 generierten Neuropeptide ACTH und Orexin-A waren nicht von den photoperiodische Veränderungen beeinflusst. Im Gegensatz dazu resultierte aus einer Verkürzung der Lichtperiode (KT) gesteigerte PC2-ir, welche mit erhöhter ir der POMC Produkte α-MSH and β-Endorphin einherging. Die ir für CPE war ebenfalls im KT verstärkt und erhöhte sich zusätzlich nach Leptingabe, während Leptinadministration im LT einen nur schwachen Effekt auf die CPE-ir zeigte. Schlussfolgerung: Unsere Ergebnisse demonstrieren, dass die Reifung biologisch aktiver Neuropeptide selektiv durch die Aktivität der hormonprozessierenden Enzyme PC1/3, PC2 und CPE auf post-translationaler Ebene reguliert wird. Dieser Prozess ist photoperiodisch gesteuert und stellt, neben der Genexpressionsregulation auf transkriptioneller Ebene des Vorläuferpeptids selbst, eine weitere Kontrollinstanz bei der Proteinbiosynthese von Neuropeptiden dar.