Von den Genen zum Verhalten: genetische Analyse der neuronalen Netzwerke des Polarisationssehens in der Fruchtfliege Drosophila melanogaster

• Antragsteller: Professor Dr. Mathias Wernet
• Fachliche Zuordnung: Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 269962750

Ziel diese Antrags ist es, zu verstehen, wie die Gene visuelles Verhalten steuern. Wir wollen jene neuronalen Netzwerke identifizieren, welche einer specifischen visuellen Antwort zu Grunde liegen. Im Anschluss werden die Entwicklung, sowie die Funktion von identifizierbaren Zelltypen im neuronalen Netzwerk charakterisiert. Unser Ansatz zielt auf ein besseres Verständnis der logischen Verarbeitungsschritte innerhalb eines neuronalen Netwerkes, während einer visuellen Verhaltensaufgabe. Wir benutzen die Fruchtfliege Drosophila melanogaster als versatilen, molekulargenetischen Modellorganismus. Wie viele andere Insekten, sowie einige Wirbeltiere, kann Drosophila die Orientierung des e-Vektors von Licht wahrnehmen, gemeinhin bekannt als Polarisation. In der Natur entsteht polarisiertes Licht durch Streuung in der Athmosphäre, oder durch Reflektion z.B. von Wasser. Beides ist von grosser Bedeutung für die Tierwelt, entweder als Navigationshilfe, oder zur Erkennung von Fortpflanzungsorten. Wir folgen drei komplementären Ansätzen: Zuerst werden wir all jene Zelltypen identifizieren, welche für eine Verhaltensantwort auf polarisiertes Licht notwendig sind (Ziel I). Hierzu benutzen eine Kombination aus Verhaltenstest und genetischen Screens. Von dieser Sammlung an notwendigen zellulären Einheiten wird dann mit Hilfe von molekular-genetischen Werkzeugen ein Verschaltungsschema rekonstuiert. Ferner dienen diese genetischen Linien als Ausgangsbasis für die funktionelle Charakterisierung der identifizierten Zellen (siehe unten). Zweitens werden wir die elektrische Aktivität der identifizierten Nervenzellen charakterisieren (Ziel II). Hierzu benutzen wir tranzgene Kalzium-Indikatoren, um die Erregung von Nervenzellen nach Stimulierung mit polarisiertem Licht im lebendigen Tier zu visualisieren. Durch Kombination mit molekular-genetischer Manipulation von zellulärer Aktivitätat (synaptische Inaktivierung, Stimulierung) wird dann die Rolle von spezifischen Zelltypen in der Verarbeitung von polarisierten Stimuli dargestellt. In verschiedenen internationalen Kollaborationen werden diese Studien in Richtung Elektrophysiologie vertieft. Drittens werden wir das Transkriptionsprofil von identifizierten Zelltypen innerhalb des neuronalen Netzwerks charakterisieren (Ziel III). Hierzu werden wir moderne Techniken wie damID und RNASeq einsetzen. Diese Studien werden die transkriptionelle Umgebung darstellen, welche die funktionalen Eigenschaften der identifizierten Zellen prägt. Ferner wird der Transkriptionsfaktor-code gelöst, welcher die Identitäten dieser Zelltypen festlegt. Dieses Projekt wird in enger Kollaboration mit Prof. Dr. Claude Desplan an der New York University (USA) durchgeführt. Zusammenfassend streben wir eine zelluläre Beschreibung von neuronalen Netzwerken in der Steuerung von spezifischen visuellen Verhalten an. Unsere Fortschritte sind von Nutzen für viele Laboratorien, welche an Bewegungssehens, oder des Farbensehens arbeiten

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: USA
• Kooperationspartner: Professor Dr. Claude Desplan, Ph.D.