Die Funktion von MIP (myoinhibitory peptide) im circadianen Schrittmacherzentrum der Schabe Leucophaea maderae als potentieller Antagonist zu PDF (pigment-dispersing)
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Antrag untersuchten wir die Lokalisation und Funktion des Neuropeptids 'myoinhibitory peptide' = MIP (= Allatostatin B) im circadianen System der Madeira Schabe 'Rhyparobia maderae', einem etablierten Modellsystem der circadianen Rhythmusforschung. Läsions- und Transplantationsexperimente identifizierten die akzessorische Medulla (AME) in den optischen Loben des Gehirns der Madeira Schabe als das circadiane Schrittmacherzentrum, das Laufaktivitätsrhythmen steuert. Mit MALDI-TOF Experimenten an isolierten AME der Madeira Schabe konnten 8 verschiedene MIP-Neuropeptide identifiziert werden (Zusammenarbeit mit AG Predel der Universität Köln). Immuncytochemische Untersuchungen mit einem Antikörper gegen MIP, der nicht zwischen den unterschiedlichen MIPs unterscheiden konnte, charakterisierten die MIP-immunreaktiven (MIP-ir) Neurone im Schabengehirn. MIP-ir Neurone fanden sich in vielen Bereichen des Gehirns, was auf vielfältige Funktionen dieser Peptide in verschiedensten Schaltkreisen hindeutet. In der AME war die stärkste MIP-Immunreaktivität in den Noduli, die photische Eingänge von der Lamina und Medulla erhalten. In allen Somagruppen der AMe (außer der anterioren Somagruppe) fanden sich MIP-ir Neurone. Besonders hervorzuheben sind dabei zwei pigment-dispersing hormone (PDF)-ir circadiane Schrittmacherneurone, die neben PDF auch MIP kolokalisierten. Von diesen PDF-ir Neuronen wird angenommen, dass sie die bilateralsymmetrischen Schrittmacherzentren miteinander synchronisieren, contralaterale Lichteingänge vermitteln könnten und Laufaktivitätsryhythmen steuern. Zwei mediane Neurone, die die AME mit der Lamina und Medulla verbinden und photische Eingänge in das circadiane Schrittmacherzentrum bringen, kolokalisierten MIP, GABA und Allatostatin, bzw. MIP, GABA und Corazonin. Sie sind Kandidaten für zwei parallele, monophasische Lichtsynchronisationsbahnen in die AME, welche die circadiane Uhr entweder verzögern oder beschleunigen. Ein MIP- und Orcokinin-kolokalisierndes ventromediales Neuron, das über die posteriore optische Kommissur in den contralateralen optischen Lobus projiziert ähnelt physiologisch charakterisierten Neuronen, die auf Lichtstimulation des contralateralen Komplexauges reagieren. Aufgrund der immuncytochemischen Befunde lag die Hypothese nahe, dass MIPs vor allem als ipsi-und contralaterale Lichtsynchronisationsbahnen photische Eingänge in das circadiane Schrittmacherzentrum vernitteln. Diese Hypothese konnte durch Injektionsexperimente gekoppelt mit Laufrad-Assays weiter untermauert werden, da MIP1- und MIP2-abhängige Phasenantwortkurven jeweils einer Hälfte der Licht-Phasenantwortkurve entsprachen. Zukünftige Experimente, die in physiologischen Assays die anderen MIPs untersuchen, könnten herausfinden, welches dieser Peptide photische Funktionen erfüllt, bzw. ob MIPs auch eine Bedeutung für die Steuerung von Rhythmen im Kontext von Nahrungsaufnahme besitzen, wie Untersuchungen von MIP-Funktionen in der Amerikanischen Schabe nahelegten.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2012) Myoinhibitory peptide in the brain of the cockroach Leucophaea maderae and colocalization with pigment-dispersing factor in circadian pacemaker cells. J Comp Neurol 520(5):1078-1097
Schulze J, Neupert S, Schmidt L, Predel R, Lamkemeyer T, Homberg U, and Stengl M
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(2013) Neuropeptidergic input pathways to the circadian pacemaker center of the Madeira cockroach analyzed with an improved injection technique. Eur J Neurosci 38(6):2842-2852
Schulze J, Schendzielorz T, Neupert S, Predel R, Stengl M
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(2014) Bimodal oscillations of cyclic nucleotide concentrations in the circadian system of the Madeira cockroach Rhyparobia maderae. J Biol Rhythms 29(5):318-331
Schendzielorz J, Schendzielorz T, Arendt A, Stengl M
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(2014) Biorhythmen. In: Penzlin, Lehrbuch der Tierphysiologie. (8. Aufl., S. Kapitel 7.3). Berlin Heidelberg: Springer Spektrum
Stengl M
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(2014) Candidates for the light entrainment pathway to the circadian clock of the Madeira cockroach Rhyparobia maderae. Cell and Tissue Res 355(2):447-462
Schendzielorz J, Stengl M
