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Projekt
Robuste Phänotypen neuronaler Netzwerke im Zusammenspiel von Ionenkanal-Heterogenität, neuronaler Morphologie und Temperatur
Antragstellerinnen / Antragsteller
Dr. Jan-Hendrik Schleimer; Professorin Dr. Susanne Schreiber
Fachliche Zuordnung
Entwicklungsneurobiologie
Förderung
Förderung seit 2022
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 453877723
Die dynamischen Erregbarkeitseigenschaften von Neuronen bestimmen ihre Fähigkeit zur Informationsverarbeitung und ihre Funktion in Netzwerken. Diese Eigenschaften ergeben sich aus dem Zusammenspiel morphologischer und elektrophysiologischer Parameter. In der vorherigen Förderperiode konnten wir den Mechanismus identifizieren, der es dem Motoneuronen-Schaltkreis MN1-5 von Drosophila ermöglicht, asynchronen Aktivitätsmuster zu erzeugen, die für die korrekte Aktivierung der Flugmuskulatur des Tieres erforderlich sind. Wir finden, dass die Kombination eines bestimmten Erregbarkeitstyps von Neuronen und elektrischer synaptischer Kopplung über Gap Junctions die richtige Netzwerkdynamik ermöglicht. Wie jedoch die Robustheit der Schaltkreisfunktion während der Entwicklung der Fliege sichergestellt wird, ist aktuell unklar. In der zweiten Förderperiode wollen wir daher verstehen, wie die Heterogenität der Ionenkanaltypen in verschiedenen Entwicklungsstadien genutzt wird, um eine hohe Robustheit des Netzwerkphänotyps im erwachsenen Tier zu erreichen. Wir erforschen Mechanismen, die dazu beitragen, die Entwicklung des Organismus effizient in die richtige Richtung zu lenken. Dabei werden Informationen genutzt, welche erst durch Fluktuationen der Zellaktivität erkennbar werden. Wir analysieren das Zusammenspiel von ionenkanalbezogenen Variablen und neuronaler Morphologie und postulieren deterministische Regeln zwischen diesen beiden Parameterklassen. Diese tragen dazu bei, den probabilistischen Suchprozess während der Entwicklung effizienter zu gestalten, indem sie den zu untersuchenden Parameterbereich einschränken. Schließlich untersuchen wir die Robustheit der Schaltung gegenüber Temperaturänderungen im Kontext einer unpräzisen Ionenkanalexpression in den Neuronen des Netzwerks und im Hinblick auf potenziell konkurrierende Ziele zwischen ihrer Funktionalität und ihrer Robustheit über einen größeren Temperaturbereich. Basierend auf mathematischen Modellen werden im Projekt theoretische Vorhersagen abgeleitet, die sich aus allgemeinen Prinzipien ergeben und in enger Zusammenarbeit mit unseren experimentellen Partnern im Teilprojekt P6 getestet werden können.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
