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Genetischer Zugang zu synaptischen Gedächtnismechanismen im sich verhaltenden Organismus - Axoaxonale synaptische Integration in Kontrolle von synaptischer Neurotransmitterfreisetzung

Fachliche Zuordnung Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
Förderung Förderung von 2016 bis 2023
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 282979116
 
Erstellungsjahr 2024

Zusammenfassung der Projektergebnisse

In diesem Projekt galt es zu untersuchen, wie sich synaptische und Netzwerkeigenschaften im Verhaltenskontext in Drosophila verändern. Ausgehend von Untersuchungen von lerninduzierter synaptischer Plastizität an identifizierten Synapsen in vivo wurde der Umfang des Projekts über Lernen und Gedächtnis hinaus erweitert, um Schlafregulation zu verstehen. Die anfänglichen Fragen zielten darauf ab, die molekularen und physiologischen Substrate des Lernens in vivo zu verstehen und wie dopaminerge Neurone das Verhalten im Lern- und Gedächtniszentrum von Drosophila, den Pilzkörpern, prägen. Im Gegensatz zur Literatur, die davon ausging, dass lernrelevante Plastizitätsmechanismen bei Drosophila präsynaptisch exprimiert werden, haben wir einen entscheidenden Plastizitätspfad aufgedeckt, an dem postsynaptische nikotinische Azetylcholinrezeptoren beteiligt sind. Nach dem Training wird die Zusammensetzung der Rezeptoruntereinheiten stromabwärts der dopaminergen Signale hierarchisch verändert, was zu einer postsynaptischen Langzeitdepression führt. Die Art und Weise, wie Rezeptorplastizität zur Langzeitdepression führt, unterscheidet sich für Synapsen, die an der Speicherung von assoziativen bzw. nicht-assoziativen Gedächtnissen beteiligt sind. Auf der präsynaptischen Seite erweitert dieses Projekt unser Wissen zur Signalintegration downstream der klassischen Gedächtnisspeicherstellen. So haben wir molekulare Interaktionen von präsynaptischen cholinergen Rezeptoren mit der Neurotransmitterfreisetzungsmaschinerie an mutmaßlichen axoaxonalen Kontakten identifiziert. Tatsächlich prägten die identifizierten cholinergen Rezeptoren die Verhaltensreaktionen nach aversivem Lernen. Darüber hinaus wurde in diesem Projekt ein dendrodendritisches Hemmungsmotiv zwischen dopaminergen Neuronen aufgedeckt. Das Motiv funktioniert über einen Dop2R-Rezeptorweg und spielt wahrscheinlich bei der Beendigung von Belohnungssignalen eine Rolle. Interferenz mit diesem inhibitorischen Weg führte in der Tat dazu, dass die Tiere übermäßig aßen. Auf Grundlage der entwickelten optischen Messstrategien haben wir das Projekt über die Lernund Belohnungssignale hinaus auf die Schlafregulation im zentralen Komplex ausgeweitet. Wir fanden heraus, dass sich einzelne Zellen basierend auf der Koinzidenzdetektierung von glutamatergen NMDA-Rezeptoren und des Inputs von Nikotinrezeptoren synchronisieren, was zu lokalen in vivo Slow-Wave-Oszillationen führt, die direkt mit einem konsolidierten, ununterbrochenen Schlaf verbunden sind. Wir konnten zeigen, dass sich exzitatorische und inhibitorische Netzwerke im Laufe der Zeit durch sowohl homöostatische als auch zirkadiane Regulation synchronisieren und dass die zeitliche Synchronität von Netzwerken definiert, wie sensorische Informationen zu nachgeschalteten Orientierungsneuronen übertragen werden, da erregende und hemmende Eingänge benachbart entlang derer Dendriten lokalisiert sind. Schließlich haben wir t-Typ Kalziumkanäle identifiziert, die Erregungsfenster schaffen, welche die identifizierten sensorischen Filter permeabel machen. Das Projekt hat damit die Grundlage für das Verständnis des Zusammenspiels von synaptischen und Netzwerkparametern während der Gedächtnisspeicherung und des Schlafdrives geschaffen und ermöglicht nun die Untersuchung der Interaktion beider Phänomene während der akuten Entscheidungsfindung und der weiteren Gedächtniskodierung. Weiterhin hat es die Voraussetzungen geschaffen, um das Zusammenspiel von prä- und postsynaptischen Mechanismen während verschiedener neuronaler Prozesse in vivo zu untersuchen.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

 
 

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