Ungenauigkeiten in Entwicklungsprozesse fördern die Robustheit motorischer Mustergenerierung und motorischen Verhaltens

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Carsten Duch; Dr. Stefanie Ryglewski
• Fachliche Zuordnung: Entwicklungsneurobiologie ; Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 453877723

Mit über einer Million Arten weisen Insekten einen bemerkenswerten evolutionären Erfolg auf. Dieser Erfolg beruht zum Teil auf dem Zugang zu ungenutzten Nischen und schneller Translokation und somit auf geringer Körpergröße und Flugfähigkeit. Bei kleinen flugfähigen Insekten erfordern aerodynamische Einschränkungen jedoch hohe Flügelschlagfrequenzen, und Platzbeschränkungen erfordern eine Miniaturisierung der zentralnervösen Steuerung für den Flug. Bei etwa 600.000 fliegenden Insektenarten werden diese Anforderungen durch hochspezialisierte, asynchrone Flugmuskeln (a-IFM) und Spezialisierungen des Exoskeletts erfüllt. Diese bilden zusammen einen Flügelschlagoszillator, der Flügelschlagfrequenzen von bis zu > 1.000 Hz erzeugt (Dickinson, Lighton, 1995; Deora et al., 2017). Die asynchronen Flugmuskeln sind spezialisierte Skelettmuskeln, da nicht synchron mit den Aktionspotentialen der Motorneurone (MNe) kontrahieren, von denen sie innerviert werden. Im Gegensatz dazu feuern die MNe nur jeden 20. bis 40. Flügelschlag und kontrollieren die Stärke und die Frequenz der Muskelkontraktion durch langsame Anpassungen der myoplasmatischen Kalziumkonzentration (Gordon, Dickinson, 2006; Lehmann, Bartussek, 2017; Wang et al., 2011). In der letzten Förderperiode haben wir die Architektur und die Funktion des miniaturisierten zentralen Mustergenerators (CPG) charakterisiert, der im ventralen Nervensystem (VNC) lokalisiert ist und die MN-Feuermuster und damit die Flugleistung steuert (Hürkey et al., 2023). Wir haben wichtige Rollen von Ungenauigkeiten (Imprecisions) während der Entwicklung für robuste Eingangs/Ausgangs Berechnungen der MNe sowie für die Assemblierung einer robusten CPG Architektur und Funktion identifiziert. Basierend auf unseren Erkenntnissen schlagen wir vor, die Rolle von Variabilität der Eigenschaften und Expressionsstärken von Ionenkanälen sowie die Rolle dendritischer Komplexität für robuste MN Erregbarkeit und robuste durch den CPG generierte motorische Muster zu untersuchen. Darüber hinaus werden wir untersuchen, wie präzise und unpräzise Mechanismen für die Wahl synaptischer Partner während der Entwicklung gleiche Eingangs/Ausgangs Beziehungen der MNe mit geringer Steigung und gleiche Proportionen von Eingangssynapsen auf alle Flug MNe sicherstellen. Diese beiden Merkmale haben sich für die robuste Funktion des Netzwerkes als wesentlich erwiesen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 5289: Von Impräzision zu Robustheit in der Assemblierung Neuronaler Schaltkreise