Mechanismen und Funktion der Adaptation zentraler Synapsen des olfaktorischen Systems

• Antragstellerin: Dr. Carlotta Martelli, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen ; Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 455076181

Tiere extrahieren mit Hilfe ihres Geruchssinns chemische Informationen aus der Umwelt. Das ist besonders wichtig bei der Nahrungssuche, wo Tiere sich Richtung Futterquelle orientieren und schädliche Substanzen vermeiden. Geruchsreize enthalten Informationen über die chemische Identität der Quelle, sowie die räumliche Lage. Die Identität eines Geruchsstoffs wird von einer großen Population sensorischer Neurone kodiert, jedes mit einer bestimmten Affinität für den Geruchstoff. Die Lage der Futterquelle kann von der Konzentration des Geruchstoffs abgeleitet werden. Abhängig von den Umweltbedingungen kann die räumliche und zeitliche Konzentrationsveränderung gleichmäßig oder transient sein, verschiedenen Statistiken folgend. Wie das olfaktorische System Stimulusveränderungen über multiple Zeitskalen integriert ist größtenteils unbekannt. Die Adaptation peripherer oder sekundärer Neurone auf einen anhaltenden Geruchsreiz wurde als Verminderung der Antwortstärke beschrieben, sowohl auf physiologischer als auf Verhaltensebene. Mechanistisch ist die Adaptation der peripheren Olfaktorischen Rezeptorneurone (ORNs) auf einen statischen Hintergrund schlecht verstanden. Sowohl in Insekten als auch Vertebraten supprimiert Adaptation auf den Hintergrund die Antwort auf nachfolgende Reize. Es ist unklar, ob eine sensorische Modalität mit dutzenden oder hundertenden Sensoren mit unterschiedlichen Affinitäten für einen Reiz die individuelle Sensitivität eines Sensors verschieben muss. Meine publizierten und vorläufigen Daten suggerieren, dass olfaktorische Adaptation nicht auf Ebene einzelner ORNs stattfindet, sondern durch die koordinierte Veränderung der Aktivität in Populationen sekundärer Neurone durch vorwärtsgekoppelte und laterale Modulation synaptischer Freisetzung. Wird werden Elektrophysiologie und funktionelle Mikroskopie in Drosophila mit genetischen und pharmakologischen Ansätzen verbinden um die zellulären und Netzwerk-Mechanismen der Adaptation im ersten Verarbeitungszentrum des Gehirns zu untersuchen, dem Antennallobus. Ein komplementärer theoretischer Ansatz wird testen, ob die identifizierten Mechanismen Geruchskodierung und Verhalten downstream des Antennallobus unterstützen.Weiterhin verändern sensorische Systeme ihre Antworteigenschaften als Funktion der Eingangsstatistik, um so die Kodierung Verhaltens-relevanter Merkmale zu optimieren. Aber welche Merkmale sind relevant? Ist das Verhalten z.B. proportional zur relativen Konzentrationsveränderung und wie beeinflussen vorherige Reize die Antwort? Mit einem experimentellen und Computer-gestützten Ansatz werde ich die Verhaltenskonsequenzen olfaktorischer Adaptation untersuchen. Ich werde die wichtigsten Stimulusmerkmale identifizieren die eine Verhaltensantwort hervorrufen, und untersuchen wie identifizierte Mechanismen das Verhalten unter diversen adaptierten Bedingungen vermitteln. Ziel ist die Identifikation der wichtigen Rechenoperationen, die Geruchserkennung und Navigation erlauben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen