Dopaminerge und serotonerge Signalübertragung im Zusammenspiel von Fortbewegung, nahrungsmotiviertem Verhalten und Fressen in Caenorhabditis elegans

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Alexander Gottschalk; Dr. Monika Scholz
• Fachliche Zuordnung: Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen ; Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 537609931

Ziel dieses Projekts ist es, die Interaktion / Interferenz zweier Neurotransmitter in der Regulation des Nervensystems des Fadenwurms C. elegans, sowie seines Verhalten zu untersuchen. Das C. elegans Nervensystem hat eine gut etablierte, konservierte Anatomie aus zwei fast unabhängigen Teilen: Das somatische Nervensystem aus 282 Neuronen steuert Fortbewegung und sensorische Funktionen, während das Pharynx-Nervensystem mit 20 Neuronen die Nahrungsaufnahme kontrolliert. Diese beiden Systeme sind durch die extrasynaptische Freisetzung der Neurotransmitter Dopamin (DA) und Serotonin (5-HT) verbunden, welche bei der Nahrungssuche eine zentrale Rolle spielen. Dopaminerge und serotonerge Signale passen in adaptiver Weise die Fortbewegung und das Fressverhalten an den Stoffwechselzustand des Tieres und an die Verfügbarkeit von Nahrung an. In dem Projekt soll durch fortgeschrittene optogenetische und bildgebende Verfahren ermittelt werden, wie DA und 5-HT das komplexe Zusammenspiel der beiden Teile des Nervensystems orchestrieren. Lichtaktivierte, isotyp-spezifische GPCRs (optoXRs) werden optimiert oder entwickelt und eingesetzt, um die verschiedenen und manchmal gegensätzlichen Rollen von D1- und D2-Typ DA-Rezeptoren sowie des wichtigsten 5-HT-Rezeptors zu untersuchen, in motorischen Neuronen, in Neuronen welche die Navigation beeinflussen, und in Pharynxneuronen. Das spezifische Fachwissen beider Labore wird kombiniert, um ein umfassendes Verständnis der funktionellen Kopplung der beiden Teile des Nervensystems auf zellulärer und Verhaltensebene zu erreichen. Unsere Ziele sind: 1) Analyse globaler Verhaltensreaktionen auf DA- und 5-HT-Exposition und auf deren akute, systemische Freisetzung mittels Optogenetik während der Futtersuche und im Kontext des jeweils anderen Neuromodulators; 2) Messung der Ca²⁺-Dynamik im gesamten Nervensystem, wobei relevante Neuronen während DA- und 5-HT-Stimulation analysiert werden; und 3) nach Kartierung der lokalen Neurotransmitterfreisetzung und ihrer postsynaptischen Effekte ein Verständnis der Rolle der erregenden und hemmenden DA- und 5-HT-GPCR-Aktivierung zu erreichen. 4) Zur Aktivierung spezifischer GPCRs werden wir optoXRs in den Neuronen einsetzen, welche DA- oder 5-HT-Rezeptoren endogen exprimieren, und 5) untersuchen, wie die Aktivierung dieser Signalwege in den beiden Teilen des Nervensystems die Fortbewegung und/oder das Fressverhalten koordiniert. Wir werden zeigen wie diese essentiellen Modulatoren verschiedene neuronale Funktionen in Abhängigkeit von ihrem Timing, ihrer Lokalisierung und ihren konkurrierenden Interaktionen regulieren. Wir erwarten umfassende Einblicke in die neuromodulatorische Kontrolle der Interaktionen im Nervensystem zu erhalten, und das Verständnis der GPCR-vermittelten Signalübertragung in der Neurobiologie der Invertebraten zu verbessern.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 5807: Dynamische Integration von GPCR-Signalwegen zur Steuerung von Organfunktion und Tierverhalten