Die Rolle spontaner Aktivität und elektrischer Kopplung bei der Koordinierung der Entwicklung richtungsselektiver Neurone in Drosophila melanogaster?

• Antragstellerin: Dr. Camille Guillermin, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen ; Entwicklungsneurobiologie
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 579350263

Die Entwicklung des Gehirns bildet die Grundlage dafür, dass Neuronen die korrekten Eigenschaften erwerben, sensorische Informationen sinnvoll umzuwandeln. Ein gut untersuchter Prozess ist die Entstehung von Richtungsselektivität (DS) im Bewegungssehen. In Drosophila sind die ersten DS-Zellen die T4- und T5-Neurone (T4/T5), deren dendritische Architektur und synaptische Konnektivität die lokale DS-Berechnung unterstützet. Auf Populationsebene kodieren T4/T5-Neuronen globalen optischen Fluss. Während der adulte Schaltkreis gut charakterisiert ist, ist weitgehend unbekannt, wie T4/T5 während der Entwicklung ihre Morphologie, Konnektivität und Funktion erwerben. Die spontane neuronale Aktivität während der frühen Entwicklung ist ein wichtiger Treiber für die Entwicklung von Schaltkreisen. In Vertebraten unterstützen retinale Wellen neuronales Überleben, Synaptogenese und die Organisation topografischer Karten, noch vor externen Sinneserfahrungen. Gap Junctions sind für die Ausbreitung retinaler Wellen unerlässlich, und ihre Störung beeinträchtigt spontane Aktivitätsmuster und den Aufbau von Schaltkreisen. Analog dazu haben Arbeiten in Drosophila gezeigt, dass es im sich entwickelnden visuellen System spontane Aktivität gibt, die als „patterned stimulus-independent neuronal activity” (PSINA) bezeichnet wird. Während diese zu einem Zeitpunkt stattfindet, an dem die T4/T5 Dendriten auswachsen und Synapsen bilden, ist die Rolle von PSINA unbekannt. Ich möchte testen, ob PSINA, möglicherweise vermittelt durch Gap Junctions, das Überleben, die Konnektivität und die funktionellen Eigenschaften von T4/T5 instruiert, und somit die adulte lokale und globale Bewegungsberechnung prägt. Vorläufige Ergebnisse zeigen, dass die Innexin-Expression während der Synaptogenese maximal ist, es Apoptose in der T4/T5-Lineage gibt, und die Störung von PSINA (in trp-γ Mutanten) T4/T5 DS beeinträchtigt. Ich möchte zunächst durch live imaging die Rolle der Innexin-vermittelten elektrischen Kopplung für PSINA testen. Anschließend möchte ich mittels Immunhistochemie und hochauflösender Mikroskopie untersuchen, wie PSINA das Überleben, die Morphologie und die synaptische Verschaltung von T4/T5 beeinflusst. Drittens werde ich mittels in vivo 2p-Mikroskopie messen, ob PSINA die funktionelle DS-Eigenschaften sowohl auf Einzelzell- (lokale DS) als auch auf Populationsebene (Kodierung optischen Flusses) beeinflusst. Diese Forschung wird ein umfassendes Verständnis darüber liefern, wie frühe Muster spontaner Aktivität die strukturelle und funktionelle Reifung von DS-Schaltkreisen beinflussen. Durch Untersuchungen, wie intrinsische, koordinierte Aktivität während der Entwicklung präzise neuronale Schaltkreise gestaltet, kann diese Arbeit grundlegende Prinzipien offenlegen, wie das Gehirn Entwicklungsereignisse in zuverlässige sensorische Berechnungen transformiert, und Einblicke geben, wie komplexe neuronale Netzwerke aufgebaut und verfeinert werden.

• DFG-Verfahren: Stelle