Die dramatischsten Auswirkungen des Klimawandels werden für die Polarregionen erwartet, sodass polare Organismen durch die Temperatur- und CO2-Änderungen besonders beeinflusst werden. Im Gegensatz zu den meisten marinen Wirbellosen haben Fische die Fähigkeit zur effektiven Säure-Basen-Regulation. Trotzdem konnten für verschiedene Arten neurologische Störungen unter erhöhten CO2-Konzentrationen nachgewiesen werden. Die den CO2-induzierten Verhaltensänderungen zugrundeliegenden Mechanismen sowie die Frage, inwieweit auch antarktische Fischarten betroffen sind, konnten jedoch noch nicht geklärt werden.In ersten Studien wurden als mögliche Ursache sowohl eine Änderung in der Reaktion des GABAA-Rezeptors als auch im GABA-Metabolismus postuliert. Des Weiteren konnte im Gehirn einer antarktischen Fischart ein Absinken des intrazellulären pH-Wertes (pHi) unter Hyperkapnie gezeigt werden. Es konnte aber noch nicht geklärt werden, ob ein Faktor allein oder eine Kombination und Interaktion mehrerer Faktoren für die Verhaltensänderungen verantwortlich sind. Daher ist die nicht-invasive, räumlich und zeitlich hochaufgelöste Bestimmung von Metabolitenkonzentrationen und des pHi in vivo im Gehirn von Polarfischen für das Verstehen neurologischer Effekte von großer Bedeutung.Ziel des Projekts ist es, mit neuen methodischen Ansätzen der lokalisierten in vivo 1H-NMR-Spektroskopie ein besseres Verständnis der den neurologischen Störungen zugrundeliegenden Mechanismen zu erlangen. Dabei sollen insbesondere Editierverfahren eingesetzt werden, die eine spektrale Vereinfachung der in vivo 1H-NMR-Spektren durch die Unterdrückung unerwünschter Signale während der Erfassung ermöglichen. Diese Ansätze sind in der präklinischen Forschung bereits teilweise etabliert, müssen jedoch für die spezielle Anwendung an nicht anästhesierten Polarfischen (Temperatur um den Gefrierpunkt, Bewegung, Salzwasser u. a.) angepasst werden. Des Weiteren sollen diese Methoden mit spektroskopischen Bildgebungsverfahren kombiniert und die Quantifizierung der 1H-NMR-Spektren für die polaren Temperaturen optimiert werden.In einem früheren Projekt wurde von mir und meinen Kollegen der Ansatz des Chemical Shift Saturation Transfer (CEST) erstmalig für die pH-Bildgebung am Polardorsch genutzt. Dabei konnten wir zeigen, dass TauCEST, d. h. die auf Taurin beruhende CEST-MRI, die räumlich und zeitlich hochaufgelöste Bestimmung von relativen pHi-Änderungen im Gehirn unter erhöhten CO2-Konzentrationen ermöglicht. Eine Adaption dieser Methode für viele polare Fischarten scheint nach derzeitigem Kenntnisstand umsetzbar.Die Kombination von lokalisierter in vivo 1H-NMR-Spektroskopie und CEST-MRI soll daher die gleichzeitige Quantifizierung von Metaboliten und die Bestimmung des pHi mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung ermöglichen, um die neurophysiologischen Mechanismen aufzudecken, die für die unter Szenarien des Klimawandels beobachteten Verhaltensänderungen bei Polarfischen verantwortlich sind.
Praktisch alle Lebewesen auf unserem Planeten zeigen tägliche und saisonale Rhythmen. Diese Rhythmen werden durch endogene Uhren erzeugt, die es Organismen, einschließlich Menschen, ermöglichen, tägliche und saisonale Lebenszyklusfunktionen mit rhythmischen Änderungen ihrer Umgebung zu synchronisieren. Unser derzeitiges molekulares Verständnis von biologischen Rhythmen und Uhren ist jedoch hauptsächlich auf terrestrische Modellarten beschränkt. Im Gegensatz dazu wissen wir sehr wenig über die endogenen Uhren mariner Organismen und wie sie mit Umweltzyklen interagieren. Dies gilt insbesondere für marine ökologische Schlüsselarten wie den im Südpolarmeer endemischen Antarktischen Krill (Euphausia superba). Sein Lebensraum in den hohen Breitengraden ist durch extreme jahreszeitliche Umweltveränderungen gekennzeichnet (Tageslänge, Lichtintensität, Nahrungsverfügbarkeit) und zählt zu den sich am schnellsten erwärmenden Gebieten auf der Erde. Diese fein abgestimmten Wechselwirkungen, zwischen Organismen wie Krill und ihrem Lebensraum, die sich über Jahrmillionen entwickelt haben, werden durch die Folgen des schnell voranschreitenden Klimawandels beeinflusst. Daher ist es unser übergeordnetes Ziel, herauszufinden, wie rhythmische Umweltsignale (Tag / Nacht-Zyklus, Photoperiode) molekulare Oszillationen erzeugen und insbesondere polaren Meeresorganismen wie dem Antarktischen Krill ermöglichen, rhythmische Veränderungen in ihrer Umgebung zu antizipieren und ihren Lebenszyklus dementsprechend zu synchronisieren. Um dies zu erreichen, wollen wir die Beteiligung der endogenen Uhr an zentralen Lebenszyklusfunktionen im Antarktischen Krill mithilfe von saisonalen Verhaltensexperimenten, sowie Genexpressionsanalysen von Markergenen der inneren Uhr und Stoffwechselprozessen, untersuchen. Darüber hinaus wollen wir den Ort und die Anatomie der zirkadianen Uhr im Gehirn von E. superba durch In-situ-Hybridisierung und immunozytochemische Studien charakterisieren, um die molekularen und neuronalen Mechanismen zu verstehen, die der endogenen Uhr zugrunde liegen. Schließlich werden wir die endogene Uhr experimentell manipulieren, um zu verstehen, wie der endogene Rhythmus und die äußeren Bedingungen das Verhalten und die Physiologie des Antarktischen Krills bestimmen. Wir hoffen mit den geplanten Arbeiten die Mechanismen zu verstehen, die der Anpassung an extreme Umweltbedingungen in Polarregionen zugrunde liegen, und Krill‘s Plastizität im Hinblick auf anhaltende Ökosystemveränderungen im Südpolarmeer bedingen.
Ziel des Projekts ist, die zugrundeliegenden Mechanismen und die Evolution von Hypoxietoleranz (HT) in eng verwandten hypoxietoleranten und sensitiven Fischen der Gezeitenzone zu untersuchen. In einem integrativen Ansatz werden wir dazu den Bereich zwischen Ganztier, Zellphysiologie und Genomevolution abdecken, um die phaenotypischen und genotypischen Unterschiede zu beschreiben, die die Physiologie der Hypoxietoleranz am Beispiel der in Neuseeland endemischen triplefins (Tripterygidae) und der ubiquitren Grundeln (Gobiidae) bedingen. Innerhalb und zwischen diesen Modellarten werden wir akute Hypoxietoleranz auf drei Ebenen untersuchen: neuronale und Herz-Kreislauf-Funktion; mitochondriale Adaptation, und die Evolution eines oder mehrerer Genotypen für Hypoxietoleranz (dieser letzte Punkt ist abhängig von zusätzlichen Drittmitteln). An beiden Fischgruppen wird mittels automatisierter Respirometrie unter steigender Hypoxie die kritische Hypoxieschwelle (Pcrit) und in spektrophotometrischen und Durchflusskalorimetrie-Systeme nicht-invasiv die Herzrate, Gewebesauerstoffsättigung, Redoxstatus und (an-)aerobe Wärmeproduktion gemessen. Weiterhin wird die mitochondriale Funktion von Herz und Gehirn vor und nach Hypoxieinkubation in hochauflösenden Respirometern verglichen. Über fluorimetrische Methoden wird mitochondriale ATP und ROS Produktion, Membranpotential unter Normoxie, Hypoxie und Anoxie gemessen.
Background: It has been hypothesized, that children could be more vulnerable to radio frequency electromagnetic field exposures from mobile telephones than adults, but no epidemiological studies of the relationship have been performed so far. The lack of knowledge causes conflicting recommendations from decision-makers, leading to anxiety and insecurity in the population. WHO has put a case-control study on childhood brain tumours as high priority on their 2006 research agenda on radio frequency electromagnetic fields. Objectives: The main goal of the study is to investigate whether use of mobile telephones increases the risk of developing brain tumours for children or adolescents. In addition, our study will provide a comprehensive dataset to investigate other potential risk factors for childhood brain tumour. Study design: The questions under study will be investigated by means of a case-control study in Denmark, Norway, Sweden and Switzerland. Cases will be identified through a combination of registry data and information from the wards treating the patients (e.g. Swiss Paediatric Oncology Group: SPOG). All incident cases of brain tumour in the age group 7-19 years between May 2004 and April 2008 will be invited to participate. In total, the study is expected to include 550 cases of brain tumours in the participating countries, thereof 100 originating from Switzerland. For each case, two control persons will be randomly selected from the general population, matched on age, sex and geographic regions. Exposure assessment: Information on the extent of exposure to radio frequency fields from mobile phones and on other known and suspected risk factors for childhood brain tumours will be obtained by means of computer assisted personal interviews conducted by an interviewer trained for this purpose. The interviews will take place either at the hospital or at the study participant's home. Objective information on the frequency and duration of mobile phone use will be obtained from mobile phone operators and from the information stored in the telephone that is in current use. Data analyses: The data will be analyzed using established statistical methods for case-control studies, primarily via logistic regression models adjusted for potential confounding factors. In order to investigate potential gene-environment interactions, DNA from saliva samples will be extracted and analysed. Polymorphisms in genes that affect oxidative metabolism, detoxification of carcinogens, DNA stability and repair, or immune response, are candidates that might confer genetic susceptibility to brain tumors.