Einfluss zellintrinsischer Plastizität auf die neuronale Steuerung von Verhaltensreaktionen

• Antragstellerin: Professorin Dr. Jutta Kretzberg
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie ; Experimentelle und theoretische Netzwerk-Neurowissenschaften
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 450070471

Selbst einfache Organismen wie der medizinische Blutegel passen ihre Verhaltensreaktionen flexibel an die Stimulation, ihre vorherige Erfahrung und weitere externe und interne Faktoren an. Semi-intakten Präparate (ein Ganglion mit einem Stück Hautmuskelschlauch) des Blutegels eignen sich optimal zur Analyse der zellulären Grundlagen von Verhaltenssteuerung. Schwacher ruck auf die Haut ruft meistens ein lokales Wegbiegen ("local bend") der Muskeln hervor, manchmal wird auch Schwimmen ausgelöst. Diese Verhaltensweisen werden durch einige der 400 experimentell gut zugänglichen, individuell charakterisierten Neurone des Ganglions gesteuert. Unsere Vorarbeiten legen nahe, dass T-Zellen, die empfindlichsten Mechanorezeptoren, eine wichtige Rolle für das Auslösen von Vermeidungsreaktionen spielen. Wir konnten zeigen, dass T-Zellen mit nahe der Haut ausgelösten Aktionspotentialen taktile Reize kodieren und mit einer zweiten Spikeinitiationszone in der Nähe des Somas auf synaptische Eingänge reagieren. Außerdem haben wir einen Mechanismus zellintrinsischer Plastizität identifiziert, der Spikemuster abhängig von vorhergehender Aktivität verändert. Um zu untersuchen, wie zellintrinsische Plastizität Verhalten beeinflusst, planen wir Experimente mit semi-intakten Präparaten. Zeitgleich mit intrazellulären T-Zell-Doppelableitungen wird die Netzwerkaktivität mit spannungsabhängigen Farbstoffen aufgezeichnet und die Muskelbewegungen quantifiziert. Taktile Hautstimulation wird mit elektrischer Reizung der T-Zellen abgewechselt. Durch die elektrische Reizung werden die vorher gemessenen Aktionspotentialfolgen der T-Zellen erneut ausgelöst, ohne die anderen Mechanorezeptoren zu aktivieren. Der Vergleich beider Bedingungen zeigt den Einfluss der T-Zell-Aktivität auf das Netzwerk und das Verhalten. Zusätzlich stellen wir "steady-state" Bedingungen mit langen Erholungszeiten zwischen den Stimulationen der Situation fortwährender Stimulation gegenüber. Wir erwarten, dass massive Stimulation in den T-Zellen zellintrinsische Plastizität auslöst und dadurch zu Verhaltensänderungen führt. Das Vorhaben gliedert sich in vier Unterprojekte, die folgende Hypothesen verfolgen:1. Zellebene: Die Interaktion von zellintrinsischen Plastizitätsmechanismen an mehreren Spikeinitiationszonen ändert die Gewichtung verschiedener Aufgaben der Zelle (sensorische Kodierung vs. synaptische Integration).2. Verhaltensebene: Die relativen Spikezeiten der beiden T-Zellen bestimmen den Ort des "local bend". 3. Netzwerkebene: Bei Berührung der Haut aktivieren Aktionspotentiale der T-Zellen zunächst ein "preparatory Network" und tragen später zur Kontrolle des lokalen Wegbiegens bei.4. Ebenenübergreifend: Die aktivitätsabhängige Flexibilität der T-Zellantworten führt zu flexiblen Verhaltensantworten. Am Beispiel des Modellorganismus Blutegel wird hierdurch der Einfluss zellintrinsischer Plastizität auf die neuronale Kontrolle von Verhaltensmustern untersucht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen