Die funktionelle Diversität der Zelltypen des Farbsehsystems in Drosophila

• Antragsteller: Dr. Christopher Schnaitmann
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 449783245

Licht welches die Retina erreicht enthält eine Menge an Informationen über die Umgebung, unter anderem die Farbe von Objekten, deren Form als auch die Richtung in welche sie sich bewegen. Alle diese Bestandteile visueller Information müssen basierend auf Photorezeptorsignalen in nachgeschalteten neuronalen Netzwerken verrechnet werden um schließlich Verhaltensantworten zu erzeugen. Ziel dieses Projekts ist es die Mikroschaltkreise der dem Farbensehen zu Grunde liegenden Nervenbahnen aufzudecken. Um die Berechnungen die von solchen neuronalen Schaltkreisen getätigt werden und deren Rolle in farbgeleitetem Verhalten zu verstehen, untersuchen wir Farbensehen in Drosophila. Ein wesentliches Merkmal von Farbensehen ist der Vergleich der Signale von Photorezeptorklassen mit unterschiedlichen spektralen Sensitivitäten in farbopponenten Neuronen. Kürzlich haben wir gezeigt, dass eine solche Signalverarbeitung in Drosophila ähnlich wie in der Säugetierretina schon auf Ebene der Photrezeptorterminalen implementiert ist. Ob die zwei identifizierten Photorezeptoropponenzen mit UVkurz/Blau- bzw. UVlang/Grün-Sensivität durch parallele nachgeschaltete Leitungsbahnen weitergeleitet werden und welche Berechnungen nachgeschaltete Neurone vollziehen ist unbekannt. Einige den Photorezeptoren nachgeschaltete neuronale Zelltypen wurden bereits identifiziert. Da viele davon Input von verschiedenen Ommatidien bekommen, tragen diese vermutlich zur räumlichen Verarbeitung von spektraler Information bei. Zwei-Photonen Kalzium Imaging in Neuronen mittels genetisch kodierter Kalziumindikatoren kombiniert mit einer an das visuelle System von Fliegen angepassten multispektralen räumlichen Stimulation wird die Identifizierung von farbprozessierenden Zelltypen ermöglichen und deren spektrale, räumliche sowie zeitliche Antworteigenschaften aufdecken. Unterstützt durch Konnektomik- und zelltypspezifische RNAseq-Daten werden wir die neuronale Aktivität sowie die Expression von neurotransmitterassoziierten Genen in spezifischen Netzwerkelementen manipulieren. Dieser methodische Ansatz wird aufdecken wie die Interaktion von einzelnen Zelltypen komplexe physiologische Eigenschaften wie räumliche rezeptive Felder generieren und deren zugrunde liegende molekulare Mechanismen entschlüsseln. Außerdem werden Farbunterscheidungsexperimente mit genetischer Manipulation von neuronaler Funktionalität kombiniert um die Rolle von einzelnen Zelltypen in farbgeleitetem Verhalten aufzuzeigen. Dabei werden wir auch den Einfluss von Stimulusgröße und räumlichem Farbkontrast untersuchen. Insgesamt wird dieses Projekt durch die Identifizierung der relevanten Berechnungen, zugrunde liegenden molekularen und netzwerkbezogenen Mechanismen und deren Rolle in farbgeleitetem Verhalten zu einem detaillierten mechanistischen Verständnis des Farbensehens in einem Insektenmodel beitragen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Großgeräte: Custom Built Two-photon Microscope w/o Laser
• Gerätegruppe: 5090 Spezialmikroskope