FOR 5289:  Von Impräzision zu Robustheit in der Assemblierung Neuronaler Schaltkreise

• Fachliche Zuordnung: Medizin ; Biologie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 453877723

Warum Impräzision und Robustheit? Mit dieser Frage führten wir unsere Konzept-basierte Forschungsgruppe in der ersten Förderperiode ein, und die Frage bleibt an erster Stelle während wir die kontinuierlich wachsenden Kollaborationen, konzeptionellen Fortschritte und unser 'Momentum' für eine zweite Förderperiode nutzen wollen. Die Relevanz unseres Ansatzes zu verstehen wie inhärent impräzise Prozesse die Entwicklung von präziser oder variabler Gehirnverdrahtung kontrollieren ist während der erste Förderperiode gewachsen, teilweise aufgrund der Resultate, Publikationen und Präsentationen des RobustCircuit Konsortiums. Die Kern-Hypothese unserer Forschungsgruppe ist, dass Impräzisionen bestimmter Prozesse auf einer niedrigeren Ebene (von Molekülen bis zu Zellen) essentiell sind für die Robustheit der Schaltkreis-Assemblierung auf höheren Ebenen (von Zellen bis zum Verhalten). Während es viele Beispiele gibt die diese Idee unterstützen, ist uns keine dedizierte Initiative wie RobustCircuit bekannt, die sich auf die Bedeutung von impräziser Entwicklung auf die Robustheit neuronaler Schaltkreis-Konnektivität und Funktion fokussiert. Die kollaborative Untersuchung eines gemeinsamen Konzeptes hat sich für das RobustCircuit-Team als transformativ herausgestellt, sowohl für experimentelle Ansätze also auch die Art des Denkens über die Probleme die wir studieren. Auf dieser Basis planen wir eine Fortführung der Exploration unterschiedlicher Typen von Impräzisionen die in neuronalen Schaltkreisen vorkommen, um ihre Eigenschaften, von unvermeidbarem Hintergrundrauschen bis zur Notwendigkeit für Entwicklung und Funktion, zu testen. Die Projektanträge für eine zweite Förderperiode bauen auf den Erfolgen und dem Gelernten aus unseren bisherigen Ergebnissen auf. Neuronale Schaltkreise sind vielen Impräzisionen ausgesetzt: molekulares Rauschen, subzelluläre stochastische Dynamik, zelluläre (morphologische) Heterogeneität, Ungenauigkeiten von Entwicklungsprozessen, wie z.B. der synaptischen Partnerwahl, um nur einige zu nennen. Um eine vergleichbare und integrative Einsicht basierend auf Messungen solcher verschiedener Impräzisionen zu erreichen, haben wir uns entschlossen weiterhin ausgewählte neuronale Schaltkreise in einem einzigen Modellorganismus zu untersuchen, Drosophila melanogaster. Neuronale Konnektivität ist in der Fliege besonders gut dokumentiert, und die kürzlich publizierten Konnektome (unter Beteiligung mehreren RobustCircuit PIs) liefern ein quantitatives Mass für die Stereotypie und Variabilität der Ergebnisse der Entwicklung. Das Ziel von RobustCircuit bleibt jedoch ein Verständnis der fundamentalen Rollen von Impräzisionen während der Entwicklung für die Robustheit neuronaler Schaltkreise, welches auf alle Tiere mit einem Gehirn zutrifft.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Internationaler Bezug: Frankreich

Projekte

• Die metabolische Regulation von probabilistischem Axonwachstum führt zu robusten geschlechtsspezifischen Asymmetrie-Unterschieden im Gehirn und zu geschlechtsdimorphen Verhalten (Antragsteller Linneweber, Ph.D., Gerit )
• Frühe stochastische Assemblierung als molekulare Grundlage einer robuster Ausbildung Aktiver Zonen (Antragstellerinnen / Antragsteller Petzoldt, Astrid G. ;  Sigrist, Stephan J. )
• Koordinationsfonds (Antragsteller Hiesinger, Peter Robin )
• Mechanismen für eine robuste Geruchskodierung basierend auf variablen Netzwerkarchitekturen (Antragstellerin Martelli, Ph.D., Carlotta )
• Nutzung des vielseitigen synaptogenen Potenzials während der Verdrahtung des visuellen Navigationsnetzwerks (Antragsteller Wernet, Mathias )
• Quantitative Datenanalyse und computergestützte Modellierung (Antragsteller Baum, Daniel ;  von Kleist, Max )
• Robuste Phänotypen neuronaler Netzwerke im Zusammenspiel von Ionenkanal-Heterogenität, neuronaler Morphologie und Temperatur (Antragstellerinnen / Antragsteller Schleimer, Jan-Hendrik ;  Schreiber, Susanne )
• Ungenauigkeiten in Entwicklungsprozesse fördern die Robustheit motorischer Mustergenerierung und motorischen Verhaltens (Antragstellerinnen / Antragsteller Duch, Carsten ;  Ryglewski, Stefanie )
• Ursprung und Funktion unpräziser Konnektivität in den Schaltkreisen des Bewegungssehens (Antragstellerin Silies, Marion )
• Verdrahtungsspezifität durch impräzise Partnerwahl - Eine vergleichende Analyse von visuellen Neuronen mit unterschiedlichen Selektivitätsprofilen (Antragsteller Hassan, Ph.D., Bassem ;  Hiesinger, Peter Robin )

• Sprecher: Professor Dr. Peter Robin Hiesinger