Der Weg des Sprigs - axo-dendritische Morphogenese im visuellen System von Drosophila

• Antragstellerin: Dr. Neele Wolterhoff
• Fachliche Zuordnung: Entwicklungsbiologie ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 528372640

Die Gehirnentwicklung umfasst viele Entwicklungsschritte, die zu spezifischen synaptischen Verbindungen führen. Axonales und dendritisches Wachstum positioniert spezifische Neuronen in räumliche und zeitliche Nähe von einem Teil anderer Neurone, wodurch begrenzt wird, welche Zellen sich vor der Synapsenbildung „zu sehen bekommen“. Ich interessiere mich dafür, wie Entwicklungsprozesse, die Tage oder Stunden vor der eigentlichen Synapsenbildung passieren ein morphologisches und dynamisches Gerüst bilden, welches zu korrekter Gehirnvernetzung beiträgt und diese eventuell sogar gewährleistet. Anhand wichtiger Interneurone, den amakrin-ähnlichen Dm8 Zellen im visuellen System der Fruchtfliege Drosophila melanogaster, möchte ich die morphogenetischen und dynamischen Abläufe vor der Synapsenbildung als Basis für deren spätere Konnektivität untersuchen. Im ausgewachsenen Drosophila Gehirn weisen Dm8 Zellen eine einzigartige Morphologie auf, die quantitativ zu deren synaptischer Spezifität beiträgt: Erstens, stark verästelte axonale und dendritische Verzweigungen breiten sich in einer Ebene orthogonal zu der axonalen Projektion aus; Zweitens, ein „Sprig“ wächst „rückwärts“ aus der Verzweigungsebene. Sprigs haben eine faszinierende Morphologie: Sie bilden sich immer im Zentrum der axo-dendritischen Verzweigungen, niemals in der ursprünglichen Medulla Säule der axonalen Projektion, sondern eine, manchmal zwei davon entfernt. Es gibt immer einen Sprig pro Säule, niemals zwei und jede Säule wird durch einen Sprig besetzt. Die Sprigbildung ist extrem wichtig für die Gehirnvernetzung, weil die Position des Sprigs Schlüsselaspekte von synaptischer Spezifität vorbestimmt. Allerdings sind die zugrunde liegenden Entwicklungsprozesse, die zur Bildung eines Sprigs führen, als auch lokale Entscheidungen, die einzelne Dm8 Zellen treffen weitestgehend unbekannt. Mein Hauptziel ist es, die Morphogenese von Dm8 Zellen zu untersuchen, indem ich „4D ex vivo live imaging“ Methoden in einem intakten und sich normal entwickelnden Gehirn benutze. In Vorbereitung für diesen Antrag habe ich sowohl „4D live imaging“ als auch genetische Instrumente zur Visualisierung einzelner Dm8 Zellen während der Entwicklung hergestellt. Mit diesen Werkzeugen möchte ich drei spezifische Ziele verfolgen: 1) Basierend auf wild typ live Observationen Entwicklungsbedingungen und -regeln aufstellen; 2) Die Entwicklungsregeln durch räumlich und zeitliche zelluläre Manipulationen testen; und 3) spezifische molekulare Interaktionen während der Sprigbildung hinterfragen. Zusammengefasst soll diese Arbeit einen exemplarischen Musterfall in einem intakten und sich normal entwickelnden Gehirn bilden, um quantitativ verstehen zu können, in wie weit axo-dendritische Morphogenese zur Gehirnvernetzung beiträgt.

• DFG-Verfahren: WBP Stelle