Erforschung zellulärer und molekularer Mechanismen mit intravitaler Mikroskopie im zentralen Nervensystem von Drosophila, die die Reifung von prä- und postsynaptischer Seite koordinieren

• Antragsteller: Dr. Jan Felix Evers
• Fachliche Zuordnung: Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen ; Entwicklungsbiologie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 316044542

Wir haben das Ziel, die zellulären und molekularen Mechanismen zu verstehen, welche die Entwicklung neuronaler Netzwerke im zentralen Nervensystem (ZNS) steuern. Transiente Zell-Zell Interaktionen und die dynamische Assemblierung synaptischer Proteingerüste sind fundamentale Eigenschaften der Netzwerkentwicklung. Eine angemessene Regulation dieser interaktiven Prozesse sind Voraussetzung, dass funktionale Netzwerke sich während der Embryonalentwicklung gebildet können, und währen postembryonalen Wachstums erhalten bleiben und weiter reifen können. In einem genetischen Screen haben wir identifiziert, dass die Rezeptor-Tyrosinkinase Anaplastische Lymphoma Kinase (Alk) postsynaptisches Wachstum und Synaptogenese im Motorsystem der Fruchtfliege Drosophila melanogaster reguliert. Alk ist im sich entwickelnden Darm und Nervensystem exprimiert; faszinierender Weise ist dieses Expressionsmuster zwischen Fliegen und Vertebraten (Maus) konserviert. Die Rolle von Alk in der Regulation von neuronalen Wachstum und Synaptogenese ist nur unvollständig verstanden, insbesondere wie Alk die Entwicklung postsynaptischer Zellen und ihrer Verbindungen beeinflusst. In diesem Forschungsantrag adressieren wir spezifisch folgende Fragen: i) Wie hängen die zellulären Interaktionen zwischen prä- und postsynaptischem Terminal mit der Stabilisierung neuer Verzweigungen und der Entwicklung von Synapsen zusammen? ii) Wie reifen auf molekularer Ebene Synapsen, die auf diesen neuronalen Verzeigungen neu entstehen? iii) Wie werden diese Prozesse durch den Alk Signalweg reguliert?Um die dynamischen Mechanismen der Netzwerkentwicklung nicht zu stören, haben wir folgende 2 neue Techniken entwickelt: i) Intravitale Mikroskopie der zellulären und molekularen Interaktion zwischen Partnerneuronen (Inter- und Motorneuron) im embryonalen und larvalen ZNS von Fruchtfliegen, und ii) die gerichtete Aktivierung fluoreszierender Markierung von endogen exprimierten Proteinen in einzelnen Neuronen. Das Arbeitsprogramm dieses Antrags wird unser Verständnis der zellulären Interaktion von Partnerneuronen im sich entwickelnden ZNS maßgeblich voranbringen, und neue regulatorische Mechanismen der molekulare Dynamik während der prä- und postsynaptischen Differenzierung erforschen. Außerdem wird ein reichhaltiges Arsenal genetischer Werkzeuge etabliert, welches ohne weiteres in der Erforschung synaptischer Biologie in anderen Teilen des Nervensystems eingesetzt werden kann, um zum Beispiel Lernen und Gedächtnisbildung, oder in neurodegenerativen Erkrankungen zu verstehen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen