Die Rolle von Neuropeptiden in der Inneren Uhr von Drosophila
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Projekt hatte zum Ziel, die Rolle von Neuropeptiden in der Inneren Uhr von Drosophila melanogaster genauer zu untersuchen. Neuropeptide sind wichtige Neuromodulatoren im Nervensystem und spielen anscheinend in der Inneren Uhr von allen Tieren eine wichtige Rolle. Wir haben uns hier auf 4 Neuropeptide konzentriert: den „Pigment-Dispersing Factor“ (PDF), das „Ion Transport Peptide“ (ITP), das Neuropeptid F (NPF) sowie das „short neuropeptide F“ (sNPF). Durch neurogenetische Manipulation der Peptide und Aufzeichnungen der rhythmischen Aktivität der Fliegen konnten wir zeigen, dass NPF und ITP die Abendaktivität der Fliegen kontrollieren, während PDF die Morgenaktivität kontrolliert, aber auch Auswirkungen auf die Abendaktivität hat. Durch Live-Imaging konnten wir wahrscheinlich machen, dass die Peptide sowohl innerhalb des Uhr-Netzwerkes signalisieren als auch Ausgangssignale des Uhrnetzwerkes darstellen. PDF ist als das wichtigste Neuropeptid des Uhrnetzwerkes anzusehen. Es wird in zwei sehr unterschiedlichen Typen von Uhrneuronen exprimiert, den kleinen und großen PDF-Neuronen (s-LNv und l-LNv). Beide Typen spielen unterschiedliche Rollen im Uhrnetzwerk. Während die s-LNv wichtig für die Kontrolle der Morgenaktivität und für rhythmisches Verhalten unter Dauerdunkelbedingungen essentiell sind, beeinflussen die l-LNv das Timing der zweiten Aktivitätsphase (hier: Abendaktivität), indem sie über PDF auf die Abend-Neuronen signalisieren. Diese Rolle der l-LNv wird vor allem unter Langtag- Bedingungen deutlich, die im Sommer im hohen Norden vorherrschen. Drosophila Arten, die aus nördlichen Breitengraden (Finnland) stammen, unterscheiden sich bzgl. PDF signifikant von D. melanogaster. Ihnen fehlt PDF in den s-LNv, was mit einer geringen Morgenaktivität und Arrhythmie im Dauerdunkel korreliert, und ihre l-LNv haben viele Verzweigungen im Zentralgehirn, die bei D. melanogaster fehlen. Letzteres scheint mit einer ausgedehnten Aktivitätsphase, die vom späten Vormittag bis zu Beginn der Nacht reicht, zu korrelieren. Ein solches Aktivitätsmuster erscheint im Norden vorteilhaft, während es in gemäßigten bis tropischen Breitengraden besser scheint, vorwiegend am Morgen und Abend aktiv zu sein und während des Mittags Siesta zu halten. Zukünftige Untersuchungen müssen zeigen, ob es sich bei den genannten Beobachtungen um Korrelationen oder um kausale Zusammenhänge handelt. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass ein komplexes neuropeptiderges Netzwerk im Gehirn die tägliche Aktivität von Fliegen kontrolliert. Diese Komplexität könnte vor allem in Hinsicht auf die jahreszeitlich stark wechselnden Umweltbedingungen in nördlichen und südlichen Breiten kritisch für das Überleben sein. Mit unseren Ergebnissen haben wir die Basis für zukünftige, bereits angelaufene Untersuchungen gelegt, die zum Ziel haben die selektiven Vorteile einer solchen komplexen Anpassung für die biologische Fitness zu ergründen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2012) The neuropeptide F immunoreactive clock neurons modify evening locomotor activity and free-running period in Drosophila melanogaster. J Comp Neurol 520, 970–987
Hermann C, Yoshii T, Dusik V, Helfrich-Förster
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/cne.22742) - (2013) The circadian clock network in the brain of different Drosophila species. J Comp Neurol 521(2), 367-388
Hermann C, Saccon R, Senthilan P, Domnik L, Dircksen H, Yoshii T, Helfrich- Förster C
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/cne.23178) - 2013) Identification and structural characterization of interneurons of the Drosophila brain by monoclonal antibodies of the Würzburg hybridoma library. PLoS One 8 (9), e75420
Blanco Redondo B, Bunz M, Halder P, Sadanandappa MK, Mühlbauer B, Erwin F, Hofbauer A, Rodrigues V, Raghavan KV, Ramaswami M, Rieger D, Wegener C, Helfrich-Förster C, Buchner E
(Siehe online unter https://doi.org/10.1371/journal.pone.0075420) - (2014) From neurogenetic studies in the fly brain to a concept in circadian biology. J Neurogenetics 28(3-4), 329-347
Helfrich-Förster C
(Siehe online unter https://doi.org/10.3109/01677063.2014.905556) - (2014) The Ion Transport Peptide is a new functional clock neuropeptide in the fruit fly Drosophila melanogaster. J Neurosci 34(29), 9522-9536
Hermann-Luibl C, Yoshii T, Senthilan PR, Dircksen H, Helfrich-Förster C
(Siehe online unter https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.0111-14.2014) - (2015) Clock network in Drosophila. Curr Opin Insect Sci 7, 65-70
. Hermann-Luibl C, Helfrich-Förster C
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.cois.2014.11.003) - (2016) A neuronal network underlying circadian entrainment and photoperiodic adjustment of sleep and activity in Drosophila. J Neurosci. 2016 Aug 31;36(35):9084-96
Schlichting M, Menegazzi P, Lelito K, Yao Z, Buhl E, Dalla Benetta E, Bahle A, Denike J, Hodge JJL, Helfrich-Förster C, Shafer OT
(Siehe online unter https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.0992-16.2016)
