Lebend Bildgebung von adhäsionsabhängiger Konkurrenz zwischen Axonverzweigungen im Gehirn von Drosophila

• Antragsteller: Dr. Jakob Rentsch
• Fachliche Zuordnung: Entwicklungsneurobiologie ; Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 577138588

Die Bildung von Synapsen ist für die Gehirnentwicklung von grundlegender Bedeutung. Allerdings finden vor der Synaptogenese viele Entwicklungsschritte in spezifischer Reihenfolge statt. Diese Entwicklungsschritte sind entscheidend, da viele Neuronen, aus ihrem Entwicklungskontext herausgenommen, Synapsen mit anderen Neuronen bilden, einschließlich sich selbst. Zu den Entwicklungsschritten vor Synapsenbildung gehört das Wachstum von Axonen und Dendriten, oft in komplexen Mustern und mit erheblichen Auswirkungen auf neuronale Interaktionen und damit auf die Verfügbarkeit als potenzielle synaptische Partner. Solche vorübergehenden neuronalen Interaktionen können erheblich zur Konnektivität von Neuronen beitragen, auch wenn im adulten Organismus möglicherweise keine Spuren dieser Ereignisse mehr vorhanden sind. Um zu verstehen, wie ein Neuron seinen synaptischen Partner auswählt, sollten daher die zugrunde liegenden Entwicklungsprozesse dynamisch zum Zeitpunkt ihres Auftretens untersucht werden und nicht nur im adulten Organismus und in fixierten Präparaten. Das Gehirn der Fliege Drosophila melanogaster ist ein hervorragendes Modellsystem zur Untersuchung solcher Prozesse, da das gesamte intakte Fliegengehirn kultiviert und während aller relevanten Stadien der Gehirnentwicklung lebend beobachtet werden kann. Die Kernidee meines Antrags besteht darin, dynamische Interaktionen im sich entwickelnden, lebende Fliegengehirn mittels FRET-Technologie zu beobachten. Ich zeige, dass diese Technologie in den ausgewählten Neuronen des visuellen Systems der Fliege (L4-Interneuronen) grundsätzlich funktioniert und dass alle Methoden zur Durchführung der Experimente vorhanden sind. Ich schlage eine verbesserte Version für die spärliche genetische Markierung interagierender Neuronen vor, die für Drosophila-Forscher allgemein nützlich ist (Ziel 1). Darüber hinaus schlage ich vor, die Funktion des Proteins rst aus der Immunglobulin-Superfamilie mithilfe von Zellkontakt-FRET zu untersuchen. Rst wird eine Funktion in der axonalen Wegfindung während der Puppenentwicklung zugesprochen. Präliminare Daten deuten darauf hin, dass rst durch einen unbekannten Mechanismus eine interzelluläre Konkurrenz zwischen L4-Axonen fördert. In diesem Antrag formuliere ich eine spezifische Hypothese, die mit lebend Bildgebung getestet werden kann (Ziel 2). Zellkontakte sind für die Synapsenbildung notwendig, aber inwieweit sie die synaptische Partnerwahl bestimmen, ist nach wie vor umstritten. Ich schlage vor, Zellkontakt-FRET zwischen L4 und zwei postsynaptischen Partnerneuronen (Tm2 und Tm9) einzusetzen, um zu untersuchen, wie sich erhöhte oder verringerte Verzweigungsdynamik bzw. Adhäsion auf Synapsenanzahl und synaptische Partnerschaften im adulten Organismus auswirken. Diese Experimente adressieren eine grundlegende Frage im Bereich der Neuroentwicklung, nämlich dem relativen Beitrag zur Synapsenbildung von räumlicher Nähe gegenüber molekularen Spezifizierungen (Ziel 3).

• DFG-Verfahren: Stelle