Evolution neuronaler Zelltypen auf Einzelzellebene

• Antragstellerin: Dr. Christine Mau
• Fachliche Zuordnung: Evolutionäre Zell- und Entwicklungsbiologie der Tiere
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 536525140

Das komplexe tierische Gehirn steuert das Verhalten durch die Integration äußerer Reize und innerer Zustände. Um sich an unterschiedliche Lebensstrategien anzupassen, wurden Struktur und Funktion des Gehirns evolutionär verändert, was zu unterschiedlichen Gehirnmorphologien führte. Allerdings sind die zellulären und genetischen Mechanismen der Gehirnevolution noch unklar, obwohl die Anpassung der Gehirnfunktion an Umweltbedingungen für das Überleben und die Evolution von Arten von entscheidender Bedeutung ist. Kürzlich ist der Zentralkomplex (CX) bei Insekten zu einem Modellsystem geworden, das Aufschluss über die Gehirnevolution gibt. Es wurde festgestellt, dass der konservierte Transkriptionsfaktor (TF) retinal homeobox (rx) an der CX-Entwicklung beteiligt ist und rx-positive Zellen durch Genomeditierung sowohl bei Fliegen als auch bei Käfern markiert wurden. Die Verfolgung dieser homologen rx genetischen neuronalen Linie ergab auf der Grundlage morphologischer Studien Hinweise auf Entwicklungsdivergenz zwischen Drosophila und Tribolium. Die molekularen Umstände, die diese beobachteten Unterschiede bestimmen, sind jedoch weiterhin unklar. In einem Teil meines Projekts möchte ich die rx genetische neuronale Linie nutzen, um die Forschung auf die molekulare Divergenz auf Einzelkernebene auszudehnen. Zu diesem Zweck werde ich die Kerne rx-positiver Neuronen in Drosophila und Tribolium mithilfe von Genomeditierung markieren. Dadurch kann ich Einzelkern-RNA-Sequenzierung anwenden, um das Genexpressionsprofil von Zellen zu analysieren, die aus der rx genetischen neuronalen Linie stammen. Die erhaltenen molekularen neuronalen Zellcluster werden mit 3D-Rekonstruktion der entsprechenden Zellen abgeglichen. Diese Kombination aus 3D-Gehirnprojektionen und Genexpressionsdaten von zwei Arten ist einzigartig auf diesem Gebiet und wird es ermöglichen, neue potenzielle TF zu identifizieren, die für die Divergenz der Gehirnentwicklung von Drosophila und Tribolium verantwortlich sind. Kürzlich wurde rx auch als wesentlicher Faktor für die Entwicklung des Pilzkörpers (MB) im Drosophila Gehirn entdeckt. Da rx zwischen Drosophila und Tribolium konserviert ist, ist zu erwarten, dass rx auch in Tribolium an der MB-Entwicklung beteiligt ist. Interessanterweise wurde festgestellt, dass es im Gegensatz zu Drosophila in den erwachsenen Tribolium-MBs aktiv bleibt. Da rx an der Proliferation von MB-Neuroblasten in Drosophila beteiligt ist, könnte es auch für die MB-Entwicklung in Tribolium essenziell sein. Daher kann der rx-genetische neurale Marker auch verwendet werden, um die Divergenz von MB in Drosophila und Tribolium zur Untersuchung zu öffnen. Die Beteiligung von rx an der MB-Entwicklung in Tribolium wurde jedoch bisher nicht untersucht. In einem zweiten Teil des vorgeschlagenen Projekts werde ich die Entwicklungsdivergenz von MBs in Drosophila und Tribolium zur Untersuchung öffnen und zunächst die Beteiligung von rx an der MB-Entwicklung von Tribolium analysieren.

• DFG-Verfahren: WBP Stelle