EinNeuronZweiPeptide – Mechanismen der spezifischen (co-)Transmission verschiedener Neuropeptide durch ein einzelnes Neuron

• Antragsteller: Professor Dr. Alexander Gottschalk
• Fachliche Zuordnung: Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 452359796

Das anatomische neuronale Konnektom ist durch chemische und elektrische Synapsen definiert, jedoch existiert ein drittes, „drahtloses“ Netzwerk von Neuromodulatoren und -peptiden, welche neuronale Netzwerke und ganze Hirnsysteme modulieren, um unterschiedliche Funktionen zu erreichen. Speziell in kompakten Nervensystemen, die ‚ökonomisch‘ arbeiten müssen, werden viele Funktionen von einer begrenzten Anzahl an Neuronen ausgeführt. Hier überlagern verschiedene funktionelle Netzwerke ein einzelnes anatomisches Netzwerk, die durch Neuromodulation geschaltet werden. Neuropeptide werden auch in höheren Tieren verwendet, ihre Wirkung ist jedoch oft nur wenig verstanden.Wir haben ein neuronales Netzwerk analysiert, das futter-motiviertes Verhalten im Nematoden C. elegans reguliert (Oranth et al., 2018, Neuron 100: 1414). Dieses Netzwerk rund um das Interneuron AVK verwendet FLP-1 Neuropeptide, um Aspekte des Futtersuchverhaltens über zwei FLP-1 Rezeptoren zu regulieren. Das AVK exprimiert jedoch ein zweites Neuropeptid, NLP-49. Interessanterweise haben FLP-1- und NLP-49 unterschiedliche Auswirkungen auf Verhalten, wie wir in vorläufigen Analysen durch ‚Tracking‘ einzelner Tiere und ganzer Populationen, in den jeweiligen Mutanten, und unter bestimmten Bedingungen (Futter, mechanische Stimulation/Erregung) zeigen können. Diese Effekte werden vermutlich durch verschiedene Neuropeptidrezeptoren auf verschiedenen Zielzellen vermittelt. AVK-spezifische Expression des jeweiligen Peptids kehrt jeweils die Defekte um. FLP-1 und NLP-49 zeigen in AVK unterschiedliche Lokalisierung und Migration in distinkten ‚dense-core‘ Vesikeln (DCVs), d.h., AVK kann diese beiden Neuropeptidvorläufer separat verarbeiten und spezifisch verwenden. Wir wollen aufdecken, 1) wie und in welchem Kontext die Freisetzung der beiden Peptide spezifisch reguliert wird, 2) wie ihre differentielle Freisetzung unterschiedliche neuronale Schaltkreise moduliert, um unterschiedliches Verhalten zu erzeugen, und 3) wie die differentielle Freisetzung auf molekularer Ebene erreicht wird, d.h. Mechanismen der spezifischen Verpackung in verschiedene DCVs, sowie Mechanismen des spezifischen ‚Traffickings‘ der verschiedenen DCVs. Dazu werden wir (Opto)Genetik, fluoreszierende Neuropeptid-‚Reporter‘, Ca2+-Imaging, Elektronenmikroskopie und Verhaltensanalysen verwenden, sowie einen limitierten RNAi-Screen. So werden wir Proteine identifizieren und charakterisieren, die für die differentielle Regulation der Freisetzung von FLP-1 und NLP-49 aus dem einzelnen Neuron AVK erforderlich sind.Die Aufklärung dieser komplexen Ebenen der Neuropeptidtransmission wird zum Verständnis der Informationsverarbeitung durch Nervensysteme im Allgemeinen beitragen, und eine Blaupause für ähnliche Analysen bei höheren Tieren liefern, bei denen Ko-Transmission durch kleine Neurotransmitter bekannt ist, dieses Konzept jedoch noch nicht auf Neuropeptide ausgedehnt wurde.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen