Analysen zur Strukturplastizität in synaptischen Mikroschaltkreisen im Pilzkörper der Honigbiene nach sensorischer Erfahrung

• Antragstellerin: Dr. Claudia Groh-Baumann
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie ; Biologie des Verhaltens und der Sinne
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 430253184

Arbeitsteilung ist ein wesentliches Merkmal von Honigbienenstaaten. Basierend auf einem altersabhängigen Polyethismus verrichten Arbeiterinnen Aufgaben zuerst innerhalb des Stockes bevor sie später einer Sammeltätigkeit nachgehen. Dieser markante Verhaltensübergang geht mit großen Veränderungen in sensorischen Eingängen einher. Sammlerinnen navigieren in einer sich ständig olfaktorisch und visuell verändernden Umwelt. Sensorische Integrationszentren für olfaktorische als auch visuelle Reize sind die Pilzkörper (PK), die eine wichtige Rolle bei Lern- und Gedächtnisprozesse spielen. Innerhalb des PK-Calyx bilden olfaktorische und visuelle Projektionsneurone mit den dendritischen Fortsätzen der Kenyonzellen (intrinsische Neurone des PK) große synaptische Komplexe (Mikroglomeruli). Die Calyces erfahren eine synaptische Reorganisation, die nicht nur durch sensorische Stimuli ausgelöst wird, sondern die auch mit alters- und erfahrungsabhängigen Verhaltensprozessen in Verbindung steht. Ziel des geplanten Projekts ist, die strukturelle Konnektivität zwischen präsynaptischen Endigungen der Projektionsneurone und den dendritischen Fortsätzen der Kenyonzellen zu charakterisieren und zu analysieren, wie sich diese Konnektivität nach sensorischer Erfahrung verändert. Als Kernfrage stell sich hier: Wie kontaktieren die zwei Klassen intrinsischer Neurone des PK (spiny und clawed Kenyonzellen), die für die Honigbiene beschrieben sind, einzelne MG? Dieser Frage wollen wir mittels neuronalem Tracing in Kombination mit 3D-Deep-Tissue Imaging nachgehen und die Konnektivität zwischen Projektionsneuronen und Dendriten von Kenyonzellen charakterisieren. Welchen Einfluss hat nicht-assoziative und assoziative sensorische Erfahrung auf die MG-Konnektivität? Verändert sich die Divergenz zwischen Projektionsneuronen und postsynaptischen Profilen sowie die Anzahl an Vesikeln und die Struktur von aktiven Zonen innerhalb der Projektionsneurone? Diese Fragen werden wir anhand von hochauflösenden elektronenmikroskopischen Techniken (serielle Block-Face Scanning-Elektronenmikroskopie und Elektronentomographie) untersuchen. Wir vermuten, dass eine strukturelle Reorganisation prä- und postsynaptischer Strukturen innerhalb individueller MG in Folge von sensorischer Erfahrung die Veränderung in der Konnektivität von Projektionsneuron-Boutons zu Kenyonzellen widerspiegelt. Diese quantitativen mikroskopischen Analysen mit hoher räumlicher Auflösung sind essentiell zum Verständnis der zellulären und subzellulären Mechanismen von Synapsenplastizität und im Rahmen der integrativen Untersuchungen von Struktur-Funktions-Beziehungen von zentraler Bedeutung.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen