Molekulare Mechanismen der Aktivierung eines neuronalen Schlaf-induzierenden Schaltkreises durch erhöhte Schlafneigung

• Antragsteller: Professor Dr. Henrik Bringmann
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 462461613

Schlaf ist ein essentieller Zustand in Tieren, die ein Nervensystem besitzen. Schlaf-aktive Neurone exprimieren inhibierende Neurotransmitter (GABA/Neuropeptide) und depolarisieren zu Beginn des Schlafs, um Wachseins-fördernde neuronale Schaltkreise zu inhibieren, und so Schlaf zu induzieren. Während des Wachseins und in Abwesenheit von Schlafbedürfnis sind die Mechanismen, die zur Depolarisation von Schlaf-aktiven Neuronen führen vermutlich nicht aktiv, und erlauben so Wachheit. Bei Müdigkeit fördern diese Schaltkreise die Depolarisation der Schlaf-aktiven Neurone. Allerdings versteht man in keinem System, wie neuronale Schlaf-Schaltkreise durch erhöhte Schlafneigung aktiviert werden. Mein Labor konnte zeigen, dass das RIS-Neuron Schlaf-aktiv ist und essentiell für den Schlaf im Fadenwurm Caenorhabditis elegans. Durch Optogenetik und funktionales Imaging konnten wir den neuronalen Schaltkreis verstehen, der zu der Depolarisation von RIS führt, wenn das Tier eine erhöhte Schlafneigung hat. Erhöhte Schlafneigung bedeutet eine erhöhte Wahrscheinlichkeit, dass Schlaf-aktive Neurone depolarisiert werden. Der neuronale Schaltkreis den wir entdeckt haben kann erklären, wie RIS auf zellulärer Ebene aktiviert wird, wenn das Tier in der Lethargus-Phase ist, einem Entwicklungszustand der durch das Auftreten von Schlafphasen gekennzeichnet ist und somit als Modell für erhöhte Schlafneigung genutzt werden kann. Wir konnten zeigen, dass das PVC-Neuron ein Hauptaktivator von RIS darstellt. Erhöhte Schlafneigung bewirkt, dass PVC RIS stärker aktivieren kann und dass es gleichzeitig selber resistent wird gegenüber Inhibierung. In diesem Projekt werden wir die molekularen Mechanismen der Regulation des PVC-RIS-Schaltkreises untersuchen um zu verstehen, wie erhöhte Schlafneigung im Lethargus zu einer Aktivierung eines Schlaf-Schaltkreises führt. Durch dieses Projekt werden wir die molekularen Mechanismen verstehen, durch die PVC resistent wird gegenüber Inhibierung und wie PVC RIS im Lethargus stärker aktivieren kann. Wir werden die molekularen Komponenten identifizieren durch die PVC RIS kontrolliert. Dazu werden wir mittels Optogenetik und Imaging ein genetisches Screening von Mutanten in Genen durchführen, die spezifisch in RIS und PVC exprimiert sind. Wir werden dann untersuchen, wie diese Signalwege im Lethargus verändert werden. So werden wir verstehen, wie erhöhte Schlafneigung den neuronalen Schaltkreis der RIS-Aktivierung auf der molekularen Ebene verändert, um RIS zu aktivieren. Die Ergebnisse dieses Projekts werden helfen, die Evolution des Schlafs und die Physiologie der erhöhten Schlafneigung, sowie Schlaf auch in anderen Systemen, inklusive in Säugetieren, zu verstehen. Das Projekt wird überprüfbare Hypothesen und spezifische molekulare Komponenten liefern die in Mausmodellen untersucht werden können. Somit wird das Projekt auch zum Verständnis des Schlafs im Menschen beitragen und zeigen, was erhöhte Schlafneigung auf molekularer Ebene definiert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Großgeräte: DMD System mit Adapteroptik, LEDs und Software
• Gerätegruppe: 5080 Optisches Mikroskopzubehör