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Projekt
Mechanismen für eine robuste Geruchskodierung basierend auf variablen Netzwerkarchitekturen
Antragstellerin
Carlotta Martelli, Ph.D.
Fachliche Zuordnung
Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
Entwicklungsneurobiologie
Entwicklungsneurobiologie
Förderung
Förderung seit 2022
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 453877723
Die Umwelt beeinflusst die Entwicklung von Tieren auf vielfältige Weise. Ein prominentes Beispiel ist die Auswirkung der Temperatur auf die Entwicklungsrate von poikilothermen Tieren, welche ihre Körpertemperatur nicht kontrollieren. Basierend auf Vorarbeiten des RobustCircuit-Konsortiums konnten wir in der ersten Förderperiode quantitativ zeigen, wie eine langsamere Entwicklung bei niedrigeren Temperaturen zu einer erhöhten Konnektivität im Gehirn von Drosophila führt. Die Beobachtung unterschiedlicher Netzwerkarchitekturen führt zu der Frage, ob Gehirnfunktion robust gegenüber der Entwicklung bei unterschiedlichen Temperaturen ist. Am Beispiel des Geruchssystems haben wir gezeigt, dass Geruchsrepräsentationen robust gegenüber Veränderungen der Konnektivität innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs sind. Aufbauend auf diesen Erkenntnissen möchten wir nun untersuchen, inwieweit diese funktionelle Robustheit bei einer größeren Bandbreite von Reizen und Entwicklungsbedingungen besteht und welche Verschaltungsprinzipien ihr zugrunde liegen. Gerüche werden durch die Aktivität von Populationen von Projektionsneuronen (PNs) kodiert, die direkte exzitatorische Eingaben von olfaktorischen Rezeptorneuronen (ORNs) erhalten und durch rekurrente Inhibition von lokalen Neuronen (LNs) moduliert werden. Unser erstes Ziel ist es, den Bereich der Robustheit der Geruchskodierung in PNs durch den Einsatz vieler verschiedener Gerüche und Temperaturmanipulationen zu charakterisieren. Wir erwarten, dass sich die Geruchsrepräsentation bei extremen Temperaturen verändert, wenn die Netzwerkkonnektivität stark gestört ist, aber dass sie in einem großen Bereich von ökologisch relevanten Bedingungen robust bleibt. Unser zweites Ziel ist es, herauszufinden, welche Prinzipien der neuronalen Verschaltung im olfaktorischen System so implementiert sind, dass die Geruchskodierung keine präzise Verschaltung erfordert und über eine Reihe von Pertubationen der Umwelt hinweg robust bleibt. Dafür werden wir eine detaillierte anatomische Analyse der Synapsenzahl, -verteilung und -organisation durchführen, um Temperatureinflüsse auf verschiedene synaptische Partner zu untersuchen. Zuletzt verwenden wir pharmakologische und genetische Methoden, um die Konnektivität zu stören und zu testen, ob das Gleichgewicht zwischen Feedforward-Erregung und lokaler Inhibition eine temperaturinvariante Geruchskodierung unterstützt. Durch diese Arbeiten werden wir zentrale Prinzipien robuster Funktion basierend auf variablen Netzwerkarchitekturen beschrieben, wobei wir einen Rahmen verwenden, der in hohem Maße ökologisch relevant ist (Temperatur) und das Potenzial hat, Regimes aufzudecken, in denen die Entwicklungsplastizität die phänotypische Anpassung unterstützt.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
