Genetic analysis of circadian responses to low frequency electromagnetic fields in Drosophila melanogaster med./bio.

Es sollten die Auswirkungen einer Exposition von unterschiedlichen Stämmen von Drosophila melanogaster bei statischen und verschiedenen extrem niederfrequenten Magnetfeldern und bei sichtbarem Licht auf die zirkadiane und generelle Bewegungsaktivität untersucht werden. Außerdem wurde die Biolumineszenz von Hirn-Schnitten aus dem Nucleus suprachiasmaticus (Hirn-Region, die verantwortlich für die Kontrolle des zirkadianen Rhythmus ist) von Mäusen als Reaktion auf 50 Hz-Magnetfelder untersucht.

Derzeit ist nicht klar, wie der Magnetsinn bei Tieren funktioniert. Eine Hypothese schlägt vor, dass Cryptochrom (ein Photorezeptor, der über Licht aktiviert wird und dann auf Magnetfelder reagieren kann) über einen Radikal-Paar-Mechanismus als Magnetorezeptor fungieren könnte (über verschiedene Tryptophan-Reste und den Flavin-Kofaktor (FAD)). Diese Hypothese sollte mit Hilfe von Wildtyp-Drosophila melanogaster, verschiedenen genetisch modifizierten Cryptochrom-Mutanten von Drosophila melanogaster und mit Säugetier-Cryptochrom sowohl in transgenen Drosophila als auch in der "Säugetier-Umgebung" (Hirn-Schnitte) untersucht werden.
Drosophila melanogaster enthält als Photorezeptor CRY, während in Nicht-Drosophila-Insekten Typ 1 CRY und Typ 2 CRY vorkommt. Bei Säugetieren gibt es hingegen zwei ähnliche Typ 2 CRYs.

Die Wildtyp-Fliegen wurden bei verschiedenen Bedingungen exponiert: 1.) statisches Magnetfeld (300 µT), 2.) 50 Hz-Magnetfeld (300 µT), 3.) 3 Hz-Magnetfeld (300 µT), 4.) 3 Hz-Magnetfeld (90 µT) und 5.) 3 Hz-Magnetfeld (1000 µT). Die genetisch modifizierten Stämme wurden bei einem 3 Hz-Magnetfeld (300 µT) exponiert. Die Gewebe-Schnitte des Nucleus suprachiasmaticum wurden bei einem 50 Hz-Magnetfeld mit magnetischen Flussdichten von 50 µT (Anzahl der Schnitte=10), 150 µT (n=5), 300 µT (n=10) oder 500 µT (n=10) exponiert.
Die Experimente mit den Fliegen liefen folgendermaßen ab: Zwei Fliegen-Gruppen des gleichen Genotyps wurden sieben Tage lang bei gedämpftem blauen Licht untersucht, gefolgt von acht Tagen bei der gleichen Beleuchtung, aber entweder bei einem Magnetfeld exponiert oder unter Schein-Exposition. Die Gewebe-Schnitte wurden für fünf Tage Magnetfeld-exponiert und anschließend fünf Tage schein-exponiert oder in entgegengesetzter Reihenfolge. Es wurde Licht verschiedener Wellenlängen benutzt.

• Gewebeschnitt (in vitro)
• Hirn-Schnitte aus dem Nucleus suprachiasmaticus
• Maus/Per:2Luc
• Wirbellose
• Drosophila melanogaster/Wildtyp (Canton-S) und Cryptochrom-Mutanten (cry⁰², tim>cry, tim>cryW342F;cry⁰², tim>cryΔ;cry⁰², tim>hCRY1;cry⁰², tim>hCRY2;cry⁰²)
• Ganzkörperexposition

In Wildtyp-Fliegen (CRY) verkürzte die Magnetfeld-Exposition (Gruppen 1-5) im Vergleich zur Schein-Exposition signifikant die zirkadianen Perioden und erhöhte die Bewegungsaktivität signifikant. Außerdem zeigte die Western Blot-Untersuchung, dass die Magnetfeld-Exposition im Vergleich zur Schein-Exposition die Stabilität des Cryptochroms signifikant steigerte.
In genetisch modifizierten Fliegen, die kein Cryptochrom exprimierten, wurde keine Reaktion auf das Magnetfeld festgestellt. Weitere Experimente mit Cryptochrom-Mutanten-Fliegen zeigten, dass das Tryptophan, das bisher für den Elektronen-Transfer beim Radikalpaar-Mechanismus als unabdingbar gehalten wurde, nicht für die Reaktion auf Magnetfelder benötigt wird. Transformanten, die hCRY1 trugen, waren unfähig, das Magnetfeld wahrzunehmen.
Das Säugetier-Cryptochrom (hCRY2) reagierte auf das Magnetfeld, wenn es in Fliegen kloniert wurde, jedoch nicht in seiner "Säugetier-Umgebung", d.h. in den Hirn-Schnitten der Maus.
Die Autoren schlussfolgern, dass Cryptochrome als Sensoren für blaues Licht und Magnetfelder fungieren und dass der Mechanismus auf Faktoren beruht, die in der speziellen zellulären Umgebung vorhanden sind.