Untersuchungen zur Geruchsverarbeitung am peripheren und zentralen Nervensystem der Taufliege Drosophila melanogaster: Vom Gen zum Verhalten
Final Report Abstract
Das Projekt gliederte sich in die Teilprojekte zur Charakterisierung von Geruchsrezeptorproteinen bei Drosophila melanogaster und der Analyse von neuronalen Netzwerken im olfaktorischen System der Taufliege. Das zunächst als unkomplizierter erscheinende Projekt der Charakterisierung der Geruchsrezeptorproteine wurde anfänglich durch die bis dahin wenig bekannte Orientierung der Geruchsrezeptorproteine in der Membran erschwert. Erst als die genaue Orientierung der Rezeptoren publiziert wurde, konnte die Charakterisierung der Liganden-Bindungsstellen an dem Geruchsrezeptor OR43a weiter vorgenommen werden. Durch Misexpression der chimären Konstrukte und elektrophysiologischen Messungen auf der Antennenoberfläche der Taufliege stllte sich als Liganden-spezifische Bindestelle der N-terminalen Bereich des Geruchsrezeptors heraus. Die in diesem Teilprojekt gewonnenen Ergebnisse werden durch schon bereits publizierte Daten unterstützt, wonach die Transmembran Domänen I, II und V offenbar essenziell sind für die spezifische Bindung eines Liganden an den Rezeptor. Das zweite Teilprojekt befasste sich mit der Verarbeitung olfaktorischer Signale und dem zu Grunde liegenden neuronalen Netzwerk. Mit optogenetischen Methoden wurde die Funktion der an der Peripherie gelegenen olfaktorischen Rezeptorneurone untersucht. Bei dieser Methode wurden zwei Foto-aktivierbare Proteine Channelrhodopsin (ChR-2) und Adenylatzyklase (Pac∝) in den einzelnen Geruchsrezeptor Neuronen exprimiert. Die Proteine stammen aus Chlamydomonas bzw. Euglena. Für diese Experimente wurden transparente Larven-Stadien eingesetzt, die die Stimulation mit Licht mit einer Wellenlänge von 480 nm sehr einfach zu ließen. Durch Expression der beiden Proteine in blinden Larven konnten einzeln Rezeptorneurone direkt stimuliert werden. Je nach dem in welchen Geruchsrezeptorneuron eines der beiden Proteine gebildet wurde, konnte ein attraktives Verhalten oder ein Fluchtverhalten hin bzw. weg vom Licht generiert werden. Dabei war es wesentlich, welches der Geruchsrezeptorneurone durch den Lichtstimulus aktiviert wurde. Es ist somit nicht der Liganden-spezifische Rezeptor entscheidend für ein spezifisches Verhalten sondern vielmehr, mit welchem neuronalen Verschalungsnetzwerk das stimulierte olfaktorische Rezeptorneuron verbunden ist. Diese Ergebnisse wurden u.a. in der Online-Zeitschrift „Nature“ kommentiert.
Publications
- Optogenetically Induced Olfactory Stimulation in Drosophila Larvae Reveals the Neuronal Basis of Odor-Aversion behavior. Front Behav Neurosci. 2010 Jun 2;4:27
Bellmann D, Richardt A, Freyberger R, Nuwal N, Schwärzel M, Fiala A, Störtkuhl KF
(See online at https://doi.org/10.3389/fnbeh.2010.00027) - The Smell of Blue Light: A New Approach towards Understanding an Olfactory Neuronal Network. Front Neurosci. 2011;5:72. Epub 2011, May 23
Störtkuhl KF, Fiala A
(See online at https://doi.org/10.3389/fnins.2011.00072)
