Die Schaltungsanordnung des Zentralkomplexes im Kaefer Tribolium castaneum und der Fruchtfliege Drosophila melanogaster, ein evolutionaerer Entwicklungsvergleich auf der anatomischen und der molekularen Ebene.

• Antragstellerin: Dr. Marita Buescher, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Entwicklungsneurobiologie ; Evolutionäre Zell- und Entwicklungsbiologie der Tiere
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 500617048

Insektengehirne sind modular aufgebaut. Ein prominentes Modul ist der Zentralkomplex, eine bei allen Insekten vorhandene Struktur im Zentrum des Gehirns. Der Zentralkomplex funktioniert als Navigationszentrum. Er ist ein Ensemble mehrerer Neuropile und dieser generelle Aufbau ist allen Insektenspezies gemeinsam. Allerdings unterscheiden sich die Neuropile verschiedener Insekten deutlich im Hinblick auf ihre Groesse und Form. Diese Unterschiede sind ein Ausdruck evolutionaerer Anpassung an unterschiedliche Habitate. Die gen-regulatorischen Mechanismen, die diese Anpassungen bewirken, sind nicht bekannt. Eine Hypothese ist, das Schluessel-Transkriptionsfaktoren eine entscheidende Rolle zukommt. Kleine Veraenderungen ihrer Expressionsmuster und/oder der von ihnen regulierten Gene, koennten die Evolution vorantreiben ohne zu groesseren Funktionsverlusten im Gehirn zu fuehren. Eine Ueberpruefung dieser Hypothese koennte anhand eines Transkriptionsfaktors durchgefuehrt werden, der in Zentralkomplexneuronen mindestens zweier Spezies exprimiert ist und der eine Rolle bei der Differenzierung dieser Zellen spielt. Im Gegensatz zu der gut untersuchten Anatomie des Zentralkomlexes ist fast nichts ueber die Transkriptionsfaktoren bekannt, die die Morphologie und Physiologie der einzelnen Zentralkomplexneuronen bestimmen. Kuerzlich habe ich den ersten Transkriptionsfaktor, (Shaking hands, skh), identifiziert, der eine Rolle bei der Differenzierung von Zentralkomplexneuronen in dem Mehlkaefer Tribolium spielt. Die Expression von skh ist typisch fuer Transkriptionsfaktoren, die neuronale Subtypen spezifizieren. Im Gehirn von Embryonen ist skh in einigen Neuronen exprimiert, die alle spaeteren Entwicklunsstadien ueberleben und zum adulten Zentralkomplex beitragen. Teilweiser Funktionsverlust von skh (knock-down) fuehrt zu defektem Axonauswuchs und verhindert die Bildung der embryonischen Zentralkomplexanlage. Das Expressionsmuster von skh im Drosophila Gehirn aehnelt dem des in Tribolium beobachteten Muster. Teilweiser Funktionsverlust (knock-down) fuehrt zu defektem Axonauswuchs, so dass angenommen werden kann, dass die Funktion von skh in Neuronen konserviert ist. Mein Forschungsvorhaben ziehlt darauf ab, diese Fragen zu beantworten: 1) welche Neuronen exprimieren skh und welchen Beitrag leisten diese zum Zentralkomplex? 2) welche Gene werden direkt von Skh reguliert und welche Rolle spielen die entsprechenden Genprodukte beim Aufbau des Zentralkomplexes? 3) Reguliert skh eine ganze Gruppe von Genen, deren Expression einen distinkten neuronalen Subtypen characterisiert? Was lernen wir ueber gen-regulatorische Programme, die die Eigenschaften neuronaler Subtypen bestimmen? 4) Sind die anatomischen Unterschiede des Tribolium und des Drosophila Zentralkomplexes auf Unterschiede in den Expressionsmustern und/oder den von skh reulierten Genen zurueckzufuehren? Was lernen wir ueber die Mechanismen evolutionaerer Anpassung von Insektengehirnen im Allgemeinen?

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen