Die Verknüpfung von Entwicklung und Funktion neuronaler Schaltkreise im visuellen Bewegungserkennungssystem von Drosophila

• Antragstellerin: Professorin Dr. Marion Silies
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle und theoretische Netzwerk-Neurowissenschaften ; Entwicklungsneurobiologie ; Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 529979542

Um im Gehirn Schaltkreise zu bilden, die dem Verhalten dienen, durchlaufen Neuronen eine Entwicklung von neuronalen Vorläufern zu funktionalen modalitätsspezifischen Netzwerk-Komponenten. Wie Entwicklungs-Abläufe Neuronen sowohl mit der richtigen Identität als auch mit bestimmten funktionellen Eigenschaften ausstattet, ist ein ungelöstes Problem, das für Gesundheit und Krankheit von Bedeutung ist. Wir verwenden das visuelle System von Drosophila, genauer das bewegungssensitive System, um diese Frage zu untersuchen. Die richtungsselektiven T4/T5-Neuronen sind ein etabliertes Modell, welches genutzt wurde um zu untersuchen, (1) wie Richtungsselektivität entsteht, und wie die T4/T5-Neuronen sensitive für vier kardinale Bewegungsrichtungen werden, und (2) wie die entsprechenden neuronalen Subtypen spezifiziert werden. Neue Ergebnisse unserer Labore laden ein, das derzeitige Paradigma zu überdenken, das die Spezifizierung von nur vier funktionellen T4/T5-Subtypen mit einer vorbestimmten Anzahl von Zellteilungen der Vorläuferzelle verknüpft: Das Hassan-Labor hat eine transiente Amplifikation der Vorläuferzelle nachgewiesen, die möglicherweise zu mehr T4/T5-Zellen als bisher erwartet führt, und das Silies-Labor hat gezeigt, dass es sechs (nicht vier) funktionelle Subtypen gibt, die als Population für globale Bewegungsmuster, sogenannten optischen Fluss, kodieren. Zusammen deuten unsere Entdeckungen darauf hin, dass eine vorübergehende Vermehrung, gefolgt von einer funktionellen Spezialisierung und einer Eliminierung von Neuronen, die entwicklungsbedingte Grundlage für die sechs für das Verhalten relevanten Funktionstypen bildet. Wir werden diese Hypothese überprüfen und aufklären, wie die Entwicklung Neuronen mit funktionellen Eigenschaften hervorbringt. Durch die Kombination unserer jeweiligen Fachkenntnisse werden wir den zeitlichen Verlauf entschlüsseln, wie die stereotype T4/T5-Zellzahl und die funktionelle Spezialisierung aus einer variablen Ausgangspopulation von Vorläuferzellen entsteht. Die funktionelle Analyse von sechs Subtypen, die auf vier anatomische Schichten projizieren, macht spezifische Vorhersagen über T4/T5-Konnektivitätsmuster zu präsynaptisch und postsynaptisch gelegenen Neuronen (die z.B. optischen Fluss kodieren), die mit einer einzigartigen in Drosophila verfügbaren Kombination von genetischen Werkzeugen und Konnektomik untersucht werden. Unsere Arbeit wird Aufschluss darüber geben, inwieweit Entwicklungsmechanismen funktionelle neuronale Schaltkreiseigenschaften anleiten, die letztlich auf das Verhalten der Tiere abgestimmt sind.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Kooperationspartner: Professor Dr. Bassem Hassan