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Projekt
Die metabolische Regulation von probabilistischem Axonwachstum führt zu robusten geschlechtsspezifischen Asymmetrie-Unterschieden im Gehirn und zu geschlechtsdimorphen Verhalten
Antragsteller
Gerit Linneweber, Ph.D.
Fachliche Zuordnung
Entwicklungsneurobiologie
Förderung
Förderung seit 2022
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 453877723
In geschlechtsdimorphen Tierarten zeigen Männchen und Weibchen häufig qualitative Unterschiede, die typischerweise mit dem Balz- und Fortpflanzungsverhalten zusammenhängen. Darüber hinaus manifestieren sich Geschlechtsunterschiede auch in quantitativen Unterschieden zwischen den Geschlechtern. In Drosophila melanogaster zeigen beide Geschlechter in einem Laufversuch, dem Buridan-Paradigma, eine Fixierung auf ein visuelles Objekt, wobei Weibchen ein explorativeres Verhalten zeigen, während Männchen fixierter sind. Es ist bemerkenswert, dass die probabilistische Entwicklung eines einzigen kontralateral projizierenden Neuronentyps – der Dorsal Cluster Neurone (DCNs) – diese Verhaltensunterschiede durch die Erzeugung von mehr oder weniger Asymmetrien hervorbringt. Während der ersten Förderperiode haben wir gezeigt, dass Männchen eine deutlich höhere Asymmetrie der DCN-Axone entwickeln als Weibchen. Daher könnte die verstärkte visuelle Fixierung bei Männchen auf eine männchenspezifische Zunahme der Asymmetrie der DCN-Axone zurückzuführen sein. Unsere Charakterisierung geschlechtsspezifischer Entwicklungs- und Verhaltensunterschiede führte zu einer überraschenden Hypothese: Eine höhere Stoffwechselrate bei Weibchen führt zu einer größeren Körpergröße und zu mehr DCN-Axonen; eine größere Anzahl von Axonen verringert die relativen Unterschiede zwischen der linken und rechten Seite und reduziert somit die Asymmetrie. Die Entwicklungstemperatur reguliert den Stoffwechsel auf Grundlage einer quantitativen Formel, die von unseren RobustCircuit-Kollaborateuren in P4 beschrieben wurde. Bemerkenswerterweise haben wir festgestellt, dass dieselbe quantitative Formel die DCN-Asymmetrie beschreibt; ein exponentielles Stoffwechselmodell kann die Anzahl der DCN-Axone innerhalb des normalen Temperaturbereichs des Tieres vorhersagen, aber bei extremen Temperaturen nimmt der Geschlechtsdimorphismus der DCNs ab. Diese Ergebnisse führten zu einer neuen Kernhypothese für P8: Stoffwechselregulation beeinflusst die Präzision der DCN-Verbindungen und damit die Asymmetrie und geschlechtsspezifische Verhaltensunterschiede. Basierend auf der etablierten quantitativen Beziehung zwischen Temperatur, Stoffwechsel und Körpergröße werden wir Geschlechtsunterschiede, Temperatur, Insulinsignalwege und mRNA-Translations Gene nutzen, um die Bedeutung von Stoffwechselunterschieden für die Verdrahtung des Gehirns zu untersuchen. Nach Abschluss dieser Arbeit, haben wir kausale Zusammenhänge zwischen Stoffwechselregulation, probabilistischer Axon Entwicklung und der Robustheit asymmetriebasierter geschlechtsspezifischer Verhaltensunterschiede getestet und etabliert.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
Mitverantwortlich
Professor Dr. Peter Robin Hiesinger
