Weiterentwicklung massenspektrometrischer Detektionsverfahren zur Analyse von Neurotransmittern/Neuromodulatoren aus identifizierbaren Neuronen der Taufliege Drosophila melanogaster

• Antragstellerin: Privatdozentin Susanne Neupert, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 251471599

Primäre Botenstoffe, wie Neurotransmitter, spielen eine zentrale Rolle beim Informationstransfer innerhalb von neuronalen Netzwerken. Die große Anzahl strukturell unterschiedlicher Botenstoffe und eine oft substanzspezifische Verteilung ermöglichen die Vielfalt der Verhaltensmuster innerhalb des Nervensystems bzw. auch des Gesamtorganismus. Um die Funktion dieser Botenstoffe und damit auch die Funktion des Nervensystems insgesamt besser zu verstehen, ist es vorteilhaft, deren qualitative und quantitative Verteilung bis auf Einzelzellniveau studieren zu können. Die Analyse von einzelnen Zellen mittels Massenspektrometrie hat sich als hervorragendes Verfahren etabliert, um eine präzise Charakterisierung dieser neuroaktiven Substanzen auf zellulärer Ebene zu ermöglichen. Eigene Arbeiten haben gezeigt, dass der neurochemische Nachweis von Botenstoffe auf Einzelzellniveau auch mim Zentralnervensystem von Drosophila möglich ist. Diese massenspektrometrischen Analysen sind jedoch auf peptiderge Botenstoffe optimiert, welche in Nervenzellen oft zusammen mit Transmittern wie Acetylcholin (ACh), GABA oder Glutamat vorkommen und an der Modulation der Erregungsweiterleitung beteiligt sind. Ziel des vorgestellten Projektes ist es, ein Methode zu etablieren, die es möglich macht niedermolekulare Neurotransmittern in einzelnen, identifizierbaren Nervenzellen der Taufliege Drosophila melanogaster zu analysieren. Auf Grund der bemerkenswert hohen Übereinstimmung von zellulären Mechanismen bei Invertebraten und Vertebraten eignen sich genetisch manipulierbare Insekten, wie Drosophila melanogaster, hervorragend als Untersuchungsobjekte für solche grundlegenden Fragestellungen. Zentraler Punkt des Projektes ist es, nach Kopplung von Kapillarelektrophorese mit einem vorhandenen Massenspektrometer (Capillary electrophoresis electrospray time-of-flight mass spectrometry [CE-ESI-TOF MS]) die Konfiguration so zu optimieren, dass Einzelzellmessungen von niedermolekularen Transmittern (innerhalb des Projektes vorrangig Octopamin, Tyramin, Serotonin) routinemäßig realisierbar und für physiologisch orientierte Fragestellungen einsetzbar sind. Um die Transmitterausschüttung während der Präparationen zu kontrollieren, werden die Untersuchungen an shibiri-Mutanten durchgeführt, einer temperatursensitiven Dynamin-Mutante, die die reversible Blockade chemischer Synapsenfunktion erlaubt. Zusätzlich soll im Rahmen des Projektes eine off-line Kopplung von CE-ESI-MS/MALDI-TOF MS auf Einzelzellniveau etabliert werden, um eventuelle Kolokalisationen von niedermolekularen Neurotransmittern und Neuropeptiden zu erforschen. Praktische Anwendung werden diese Methoden bei der Quantifizierung von Botenstoffen nach einfachen Verhaltensversuchen finden. Die bei den Analysen erfassten Daten werden in einem Drosophila 3D-Standardgehirn zusammengefasst; das betrifft sowohl die massenspektrometrischen Resultate als auch neuroanatomische Daten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen