Die Rolle von Insulin bei der Gedächtnisbildung: das larvale Drosophila-Gehirn als vorteilhaftes Modellsystem

• Antragstellerin: Dr. Annekathrin Widmann
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 459524845

Die neuronalen Prozesse, die der Ausbildung eines Gedächtnisses zu Grunde liegen, sind hochgradig komplex und dynamisch. Für Langzeitgedächtnisse sind transiente Änderungen in intrazellulären Signalkaskaden, die letztendlich zu einer de-novo Proteinsynthese führen, erforderlich. Anhand verschiedener Tierarten, unter anderem Honigbienen, Taufliegen, marinen Schnecken, Mäusen und Menschen konnte gezeigt werden, dass der Transkriptionsfaktor CREB einen universellen Modulator darstellt, indem er die Synthese Synapsen-assoziierter Proteine reguliert. Allerdings scheint die Langzeitgedächtnisbildung komplexer zu sein als ursprünglich angenommen. Mehrere Studien in Drosophila haben dargelegt, dass ein grundlegender Faktor der metabolische Zustand ist. Unser Team konnte kürzlich zeigen, dass der Insulin-abhängige Signalweg in Kenyonzellen des Pilzkörpers eine signifikante Rolle bei der Langzeitgedächtnisbildung spielt. Jedoch ist der genaue modus operandi ungeklärt. Erhöht Insulin nur die Zuckeraufnahme in Neurone, oder aktiviert Insulin auch nachfolgende Signalkaskaden, die direkt die Gedächtnisbildung modulieren? Um diese Fragen anzugehen, entschieden wir uns, Drosophila-Larven zu verwenden. Deren Gehirn weisen eine viel kleinere Neuronenanzahl als adulte Taufliegen auf, sie sind aber dennoch in der Lage verschiedene Typen assoziativer Gedächtnisse zu bilden, Langzeitgedächtnisse eingeschlossen. Zusätzlich sind auch die zugrundeliegenden zellulären Mechanismen zwischen den Entwicklungsstadien konserviert. Im Rahmen des vorliegenden Forschungsprojekts möchten wir die Vorteile dieses Modellorganismus ausnutzen, um zu analysieren, welche Komponenten der Insulin-abhängigen Signaltransduktionskaskade daran beteiligt sind, eine Langzeitgedächtnisbildung zu ermöglichen und was genau die Rolle des metabolischen Zustands ist. Wir werden dazu mögliche molekulare Kandidaten, die dem Insulinrezeptor nachgeordnet sind, untersuchen, indem wir die reichhaltigen genetischen Werkzeuge, die für Drosophila zur Verfügung stehen, nutzen und dabei Elemente der Insulin-abhängigen Signaltransduktionskaskade manipulieren und quantifizieren. Weiterhin möchten wir entschlüsseln, welche insulinproduzierenden Zellen zur Langzeitgedächtnisbildung beitragen. Insgesamt zielt das Forschungsprojekt darauf ab, ein tieferes Verständnis darüber zu erzielen, wir der metabolische Zustand die Induktion einer Langzeitgedächtnisbildung auf molekularer und zellulärer Ebene ermöglicht. In Anbetracht der Tatsache, dass sowohl die molekularen Grundlagen der Gedächtnisbildung als auch der Insulin-abhängigen Signalkaskaden über das Tierreich hinweg hochgradig konserviert sind, wird unsere Arbeit den derzeitigen Wissensstand über die Funktion von Insulin bei der Gedächtnisbildung im Allgemeinen erweitern. Dies ist von Relevanz, da es über die Grundlagenforschung in Drosophila hinausgeht und möglicherweise stimulierend auf die Forschung an Gehirnen von Säugern, den Menschen eingeschlossen, wirkt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen