Genetische Programme für die Regeneration von Dendriten nach dem Pruning im Drosophila-System - mechanistische und funktionelle Aspekte

• Antragsteller: Dr. Sebastian Rumpf
• Fachliche Zuordnung: Entwicklungsneurobiologie ; Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 452851300

Die Entwicklung neuronaler Netzwerke im Nervensystem beinhaltet oft Phasen von progressiven und regressiven Ereignissen. Insbesondere kann die Konnektivität von neuronalen Netzwerken durch die regulierte Degeneration von Neuriten oder Synapsen, auch Pruning genannt - verändert werden. In solchen Fällen können Neuronen später neue Neuriten mit veränderter Konnektivität regenerieren. Beispiele solcher Remodellierungsprozesse sind sowohl in Invertebraten als auch in Säugern beschrieben worden. Es ist aber noch wenig darüber bekannt, wie Pruning- und Regenerationsphasen auf der molekularen Ebene miteinander koordiniert werden, oder wie sich die neuronale Funktion bei Störungen von Pruning oder Regeneration ändert. Ein gut charakterisiertes Modell für Pruning sind periphere sensorische Neuronen von Drosophila, die ihre larvalen Dendriten während der frühen Metamorphose durch Pruning verlieren und später mit adult-spezifischer Morphologie regenerieren. Während die molekularen Mechanismen des dendritischen Prunings in ihren Grundzügen bekannt sind, ist noch wenig über die Dendritenregeneration bekannt. Wir konnten kürzlich zeigen, dass die Translationsinitiation zu Beginn der Puppenphase reguliert wird, um die Proteinbiosynthese während dem Pruning zu limitieren. Faktoren, die die Proteinbiosynthese begünstigen – mRNA-Splicing-Faktoren und der Target of Rapamycin (TOR) Weg, werden stattdessen für die Regeneration der Dendriten nach dem Pruning benötigt. Dabei ist jedoch unklar, ob die Translationsrate für die Regeneration einfach global erhöht werden muss, oder ob die Expression spezifischer mRNAs durch Splicing und bevorzugte Translationsinitiation befördert werden muss. Ausserdem ist noch unklar, ob dendritisches Pruning und Regeneration für die sensorischen Funktionen der adulten sensorischen Neuronen benötigt wird. In diesem Projekt werden wir zunächst systematisch die spezifischen genetischen Signalwege für die Dendriten-Regeneration nach dem Pruning identifizieren. Dazu werden wir (1) Kandidaten-RNAi-Screens zur Identifikation der genregulatorischen Netzwerke für Regeneration durchführen; (2) mRNA-Substrate für den TOR-Signalweg und Splicing-Faktoren in RNAseq-Experimenten und durch Kandidatentests identifizieren, und (3) verhaltensbasierte Funktionstests für adulte sensorische Neuronen entwickeln, um die Effekte von Pruning- und Regenerationsdefekten zu erforschen. Wir erwarten, dass unser Projekt wichtige neue Erkenntnisse in die Zusammenhänge zwischen Pruning, Regeneration und neuronaler Funktion geben wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen