Charakterisierung der dorsalen Uhr-Neurone im circadianen System von Drosophila: Neuronale Schaltkreise zur multi-modalen Integration.

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Charlotte Förster; Dr. Dirk Rieger
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie ; Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 426544743

Die circadiane Uhr ermöglicht es Tieren, sich im Voraus auf den Tag-Nacht-Wechsel vorzubereiten. Manchen Arten nutzen ihre Uhr auch zum Zeitgedächtnis, zum Messen der Tageslänge um jahreszeitliche Änderungen vorherzusehen, sowie für die zeitkompensierte Himmelskompassorientierung. Das Uhrnetzwerk im Gehirn der Taufliege gehört zu den bestuntersuchten. Es besteht aus miteinander kommunizierenden lateralen und dorsalen Uhrneuronen, die einen circadianen molekularen Rhythmus erzeugen und diesen an nachgeschaltete Neuronen im dorsalen Protocerebrum weitergeben. Die Taufliege ist ein Modell in der Schlafforschung, es gelang, Verbindungen der circadianen Uhr zum Metabolismus aufzuschlüsseln, zu zeigen, dass Taufliegen ein Zeitgedächtnis besitzen und dass die circadiane Uhr bei der Induktion der Winterruhe eine Rolle spielt. Erste Untersuchungen deuten darauf hin, dass die Fliege sogar zur zeitkompensierten Himmelkompassorientierung befähigt ist. Bei all diesen Funktionen scheinen die dorsalen Uhrneurone eine wichtige Rolle zu spielen. Während die lateralen Uhrneurone als übergeordnete "circadiane Masteroszillatoren" gelten, sind die dorsalen Neurone multimodale Integratoren, die den Rhythmus an Interneurone und neurosekretorische Zellen weitergeben. In der Literatur finden sich allerdings widersprüchliche Angaben zur genauen Funktion der dorsalen Uhrneurone. So machen manche Autoren eine Gruppe der dorsalen Uhrneurone (DN1p) für die Induktion des Schlafes verantwortlich, während andere Autoren eine Rolle der gleichen Neuronen bei der Erhöhung des Stoffwechsels und der neuronalen Erregung postulieren. Ein Grund für die widersprüchlichen Ansichten könnte im unterschiedlichen Projektionsmuster individueller dorsaler Uhrneurone liegen. Wir konnten zeigen, dass die dorsalen Uhrneurone eine extrem heterogene Gruppe darstellen, deren Verzweigungen noch unzureichend charakterisiert sind. Diese Lücke in der Charakterisierung möchten wir schließen, indem wir individuelle dorsale Uhrneurone markieren (mit Hilfe von "Flybow" und "Multiple Colour FlpOut") und die synaptischen Verbindungen zwischen ihnen und den lateralen Uhrneuronen ermitteln (mit Hilfe von "trans-Tango" und "functional GRASP"). Immuncytochemische Färbungen sollen die Neuropeptidexpression der verschiedenen dorsalen Uhrneuronen klären, und mit cAMP- und Ca2+-Imaging wollen wir testen, auf welche andere Uhrneuronen diese Neuropeptide signalisieren. Die Wirkung ausgewählter Neuropeptide auf die molekularen Oszillationen in den verschiedenen Gruppen von Uhrneuronen werden wir mit in vivo Luciferase-Aufzeichnungen von kultivierten Gehirnen untersuchen. Letztendlich wollen wir durch Verhaltenstests die genaue Rolle von ausgewählten dorsalen Uhrneuronen im circadianen System entschlüsseln, beginnend mit den von uns bereits gut untersuchten DN1a. Wir erwarten, dass unsere Untersuchungen einen wesentlichen Beitrag zum Verständnis der generellen Organisation von neuronalen Uhrnetzwerken leisten werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen