Neurogenetische Analyse eines visuellen Arbeitsgedächtnisses bei Drosophila melanogaster

• Antragsteller: Professor Dr. Roland H. Strauß
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie ; Biochemie und Physiologie der Tiere ; Biologie des Verhaltens und der Sinne
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 256782602

Angepasstes Verhalten ist jenseits von simplen Reflexen nicht vorstellbar ohne die Fähigkeit eines Tieres, sich an Umweltreize, eigene Aktionen und deren Konsequenzen zu erinnern. Insekten wenden während einer Exkursion unterschiedliche Strategien an, um zu Ihrem Ausgangspunkt oder Nest zurückzufinden. So kann die eigene Position zu einem Orientierungspunkt abgespeichert und idiothetisch fortgeschrieben werden, falls die Marke außer Sicht gerät. Tatsächlich konnten wir bei dem genetischen Modellorganismus Drosophila melanogaster ein solches Arbeitsgedächtnis für die visuelle Orientierung nachweisen. Durch die Analyse der Gehirnstrukturmutante ellipsoid-body open (ebo) konnte der Ellipsoidkörper im Zentralhirn von Drosophila als die relevante Struktur für dieses Orientierungsgedächtnis identifiziert werden. Die molekulargenetische Analyse der ebo Mutante ergab, dass das Drosophila Ortholog zum Transkriptionsaktivator Serum Response Faktor (dSRF) für ein funktionelles Arbeitsgedächtnis im adulten Ellipsoidkörper benötigt wird. Darüber hinaus werden die von foraging kodierte cGMP regulierte Protein Kinase (PKG) und die ignorant genannte S6 Kinase II (RSK2) von Drosophila in einem gemeinsamen Signalweg in den Ringneuronen des Ellipsoidkörpers benötigt. Genetische Interaktionsstudien lassen vermuten, dass die foraging PKG die Aktivität der ignorant Kinase positiv reguliert. Ziel des Antrags ist es, durch Verbindung von genetischen, neuroanatomischen und verhaltensphysiologischen Methoden grundlegende Mechanismen des visuellen Orientierungsgedächtnisses von Drosophila zu verstehen. Wir wollen den weiteren Signaltransduktionsweg aufdecken, in dem die beiden Protein Kinasen arbeiten. Erste Ergebnisse lassen vermuten, dass der Transkriptionsaktivator CREB (cAMP responsive element binding protein) und dessen Zielgene am Ende dieses Signalweges stehen. Erst durch diese Genexpression werden die Neurone kompetent, das wenige Sekunden lange Gedächtnis auszuprägen, dessen flüchtige Speicherform es zu finden gilt. Darüber hinaus wollen wir eine Verbindung zwischen dem Transkriptionsfaktor dSRF und dem PKG-RSK2 Signalweg herstellen. Dabei sollten grundsätzliche molekulare Mechanismen des Lernens und speziell die eines Arbeitsgedächtnisses identifiziert werden, die notwendig sind, um visuelle Information in ein Orientierungsgedächtnis umzuwandeln. Wir erwarten, dass zum Teil neue und andere Prinzipien und Signalwege gefunden werden, als die, welche für olfaktorische Konditionierung mit ihrem Kurz-, Mittel-, und Langzeitgedächtnisformen bereits beschriebenen worden sind.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Person: Dr. Burkhard Poeck