Modulation der Aktivität von Beinmotoneuronen der Stabheuschrecke: Die Bedeutung von Acetylcholin und Oktopamin und die Rolle suboesophagealer absteigender Neurone.

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Joachim Schmidt
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 263884427

Die Kontraktionen der Beinmuskulatur eines laufenden Tieres unterliegen der Kontrolle durch Motoneurone. Die Aktivität dieser Motoneurone wird bestimmt durch tonische erregende Eingänge, phasische strukturierende Eingängen von Sinnesorganen der Beine und Neuronen des ZNS und durch neuro-modulatorische Einflüsse. In der Stabheuschrecke wollen wir die Mechanismen der tonischen Erregung aufklären und die Rolle suboesophagealer Neurone bei der Modulation motoneuronaler Aktivität untersuchen. Die Applikation des muskarinen Acetylcholinagonisten Pilocarpin auf die thorakalen Ganglien der Stabheuschrecke führt zu einer tonischen Erregung der Motoneurone und zur Aktivierung oszillatorischer Netzwerke (CPGs), die durch Inhibition die Motoneuronaktivität strukturieren. Der Wirkort von Acetylcholin bei der tonischen Depolarisation ist allerdings unbekannt. Wir wollen untersuchen, ob die tonische Erregung durch muskarine Rezeptoren der Motoneuronen selbst oder praemotorischer Neurone vermittelt wird. Da wir Hinweise auf eine Modulation der tonischen Erregung durch das biogene Amin Oktopamin haben, soll die Lokalisierung der muskarinen Rezeptoren auch helfen, die Mechanismen der Modulation der tonischen Depolarisation durch Oktopamin aufzuklären. Oktopamin, funktionell auch als Adrenalin der Invertebraten angesehen, moduliert in Insekten eine Fülle verschiedener Funktionen. So wird Lauf- und Flugverhalten moduliert und z.B. die Aktivität von Muskeln und Sinnesorganen. In Motoneuronen der Stabheuschrecke blockiert Oktopamin die erregende Wirkung von Acetylcholin an nicotinergen Rezeptoren. Allerdings ist bisher unbekannt, welche oktopaminergen Neurone die Aktivität von Neuronen in den thorakalen Ganglien der Insekten modulieren. Wir wollen deshalb im zweiten Teil unseres Projekts die Modulation der Aktivität von Beinmotoneuronen durch deszendierende Neurone im Unterschlundganglion der Stabheuschrecken untersuchen. Diese 5-6 unpaaren Neurone (DUM-Neurone, dorsal unpaired median) wurden als oktopaminerge Zellen bei verschiedenen orthopteren Insekten identifiziert, ihre Axone deszendieren in die thorakalen Konnektive, ihre Funktion aber ist bisher unbekannt. In Vorversuchen konnten wir nun erstmals zeigen, dass die Aktivierung einige dieser Neurone sensomotorische Interaktion moduliert. Genauer, die Aktivierung eines Streckermotoneurons durch die Reizung eines Sinnesorgans, das die Beugen des entsprechenden Gelenks simuliert, wird durch die Aktivität einiger dieser DUM-Neurons stark herabgesetzt. Wir wollen diesen Befund absichern und die Mechanismen der Modulation aufklären. Es könnte sich um eine Blockierung cholinerger Signalübertragung handeln, da sensorische Neurone Acetylcholin als Transmitter nutzen. Wir wollen untersuchen, ob die Modulation vom Verhaltenszustand des Tieres (ruhendes Tier vs. laufendes Tier) abhängig ist. Auch soll eine eventuelle Modulation der Effekte anderer Sinnesorgane des Beins und der tonischen Erregung untersucht werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Person: Professor Dr. Ansgar Büschges