Identifying and characterizing genetic hearing defects in Drosophila
Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Zur Identifikation von Taubheitsgenen wurden das Transkriptom des Drosophila-Hörorgans analysiert. Zahlreiche Hör-relevante Proteine wurden gefunden, darunter unerwartet auch Opsine, visuelle Photopigment-Proteine. Es konnte gezeigt werden, dass Opsine für die Funktion der Streckrezeptor Zellen benötigt werden, die sowohl Hören vermitteln als auch Körperbewegungen kontrollieren. Die Funktion von Opsinen in diesen Zellen ist unabhängig von Licht. Innerhalb der Streckrezeptoren sitzen Opsine an der Basis von mechanosensorischen Zilien und tragen zum korrekten Einbau ziliärer Ionenkanäle und zum Erhalt der Zilien bei. Anders als im Auge ist die Funktion der Opsin Proteine in den Streckrezeptoren nicht auf Retinal angewiesen – zerstört man beispielsweise die Bindungsstelle, mit der Opsine Retinal binden, werden die Fliegen blind, aber nicht taub. Damit konnte erstmals eine Retinal-unabhängige Opsin-Funktion ausserhalb von Augen nachgewiesen werden. Die einzige zuvor bekannte Opsin Funktion, für die kein Retinal benötigt wird, war die Translokation von Phospholipiden in den Membranen von Photorezeptoren. Neben Opsinen konnten Retinal-unabhängige Funktionen im Rahmen des Projektes auch für Komponenten des Sehzyklus nachgewiesen werden, welche im Auge Retinal nach Belichtung regenerieren. Obwohl Drosophila kein Retinal fürs Hören braucht, sind wesentliche Komponenten dieses Sehzyklus im Fliegenohr vorhanden, und der Verlust einzelner dieser Komponenten macht die Fliegen taub. Evolutiv sind diese Ergebnisse interessant, da die Streckrezeptoren mit Lichtsinneszellen verwandt sind. Beide Zelltypen lassen sich auf „Protosensorische“ Vorläuferzellen zurückführen, die durch Transkriptionsfaktoren der Atonal Familie spezifiziert worden sind. Zudem handelt es sich bei den Opsinen der Fliege um rhabdomere r-Opsine, die sich vor ca. 570 Millionen Jahren von ziliären c-Opsinen abgespalten haben und aus Zilien ausgewandert sind. Die Ergebnisse des Projekts deuten darauf hin, das r-Opsine bereits in den „Protosensorischen“ Zellen vorhanden waren und zunächst Licht-unabhängige strukturelle Funktionen bei der Zilien-Organisation ausgeübt haben. Mit der Bindung von Retinal wurden sie Licht-abhängig, und aus einigen der „Protosensorischen“ Zellen haben sich rhabdomere Photorezeptoren evolviert. Neben der mechanosensorischen Rolle visueller Proteine wurden im Rahmen des Projektes mehrere weitere Hör-Proteine charakterisiert.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2016). Hearing in Insects. Annu Rev Entomol 61, 257-276
Göpfert MC, Hennig RM
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(2017). A homozygous FITM2 mutation causes a deafness-dystonia syndrome with motor regression and signs of ichthyosis and sensory neuropathy. Dis Model Mech 10, 105-118
Zazo Seco C, Castells-Nobau A, Joo SH, Schraders M, Foo JN, van der Voet M, Velan SS, Nijhof B, Oostrik J, de Vrieze E, Katana R, Mansoor A, Huynen M, Szklarczyk R, Oti M, Tranebjærg L, van Wijk E, Scheffer-de Gooyert JM, Siddique S, Baets J, de Jonghe P, Kazmi SA, Sadananthan SA, van de Warrenburg BP, Khor CC, Göpfert MC, Qamar R, Schenck A, Kremer H, Siddiqi S
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(2017). Auditory efferent system modulates mosquito hearing. Curr Biol 26, 2028-2036
Andrés M, Seifert M, Spalthoff C, Warren B, Weiss L, Giraldo D, Winkler M, Pauls S, Göpfert MC
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(2017). Hearing regulates Drosophila aggression. PNAS 114, 1958-1963
Versteven M, Vanden Broeck L, Geurten B, Zwarts L, Decraecker L, Beelen M, Göpfert MC, Heinrich R, Callaerts P
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(2018). Proprioceptive opsin functions in Drosophila larval locomotion. Neuron 98:67-74 (2018)
Zanini D, Giraldo D, Warren B, Katana R, Andrés M, Reddy S, Pauls S, Schwedhelm-Domeyer N, Geurten BRH, Göpfert MC
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(2019) Chromophore-independent roles of opsin apoproteins in Drosophila mechanoreceptors. Curr Biol. 29, 2961-2969
Katana R, Guan C, Zanini D, Larsen ME, Giraldo D, Geurten BRH, Schmidt CF, Britt SG, Göpfert MC
