Aktivität und Funktion von Bein-Motoneuronen in laufenden Drosophila

• Antragsteller: Dr. Chris Dallmann
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 432196121

Obwohl viele unserer Bewegungen mühelos erscheinen benötigen sie eine ausgefeilte neuronale Kontrolle. Arm- und Beinbewegungen sind die Folge von Muskelkontraktionen, die durch Motoneurone im Zentralnervensystem gesteuert werden. Die Aktivität von Motoneuronen ist der letztendliche „Output“ des Nervensystems und wird durch Netzwerke im Gehirn und Rückenmark koordiniert, die auf sensorische Rückmeldungen von den Gliedmaßen angewiesen sind. Allerdings ist es unklar, wie verschiedene Motoneurone rekrutiert werden, um die spezifischen Anforderungen einer Bewegung zu erfüllen, und inwieweit diese Rekrutierung von sensorischen Rückmeldungen abhängt. Um diese Fragen anzugehen beabsichtige ich, die Aktivität und Funktion von Bein-Motoneuronen in gehaltert laufenden Fruchtfliegen (Drosophila melanogaster) zu untersuchen. Wie Menschen und andere Tiere koordinieren Fruchtfliegen ihre Beine beim Laufen auf eine flexible Art und Weise. Der Modellorganismus Drosophila bietet den Vorteil eines vergleichsweisen kleinen Nervensystems und einmalige Möglichkeiten, bestimmte Neurone gezielt genetisch zu manipulieren. Aufbauend auf bisherigen Studien werde ich Experimente zu zwei Fragestellungen durchführen: 1) Haben verschiedene Arten von Motoneuronen spezifische Funktionen beim Laufen und 2) ist der Einfluss von sensorischen Rückmeldungen auf die Motoneuronenaktivität abhängig von der Laufgeschwindigkeit? Um diese Fragen zu beantworten kombiniere ich Zwei-Photonen-Mikroskopie zur Aufnahme motoneuronaler Aktivität im Zentralnervensystem mit genetischen Manipulationen und markerloser Erfassung von Körper- und Beinbewegungen in Fliegen, die auf einem omnidirektionalen Laufband laufen. Zuerst werde ich feststellen, wie bestimmte Motoneurone in Abhängigkeit von Laufgeschwindigkeit und Laufsituation rekrutiert werden. Dann werde ich diese Abhängigkeiten testen, indem ich gezielt Motoneurone in verschiedenen Laufsituationen optogenetisch stumm schalte und die Auswirkungen auf das Laufverhalten messe. Zuletzt werde ich die Aktivität von Motoneuronen und das Laufverhalten messen, während ich optogenetisch sensorische Neurone manipuliere, die Informationen bezüglich Beinposition und Beinbewegung übermitteln. Indem ich die Aktivität von Motoneuronen in kausalen Zusammenhang mit der sensorischen Rückkopplung und dem Laufverhalten bringe, verspreche ich mir ein besseres mechanistisches Verständnis davon, wie das Nervensystem Bewegung kontrolliert.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor John Tuthill, Ph.D.