Untersuchung molekularer und zellulärer Mechanismen der Kontrolle der Genexpression durch ein Schlaf-aktives Neuron mittels Einzelzell-Sequenzierung

• Antragsteller: Professor Dr. Henrik Bringmann
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 536195501

Schlaf ist ein essentieller physiologischer Zustand. Schlafstörungen sind weit verbreitet in modernen Gesellschaften und stellen ein massives ungelöstes medizinisches Problem dar. Trotz der Wichtigkeit des Schlafs sind die molekularen Mechanismen der regenerativen Prozesse im Schlaf nicht bekannt. Zentral für die Induktion des Schlafs sind Schlaf-aktive Neurone, welche zu Beginn des Schlafes depolarisieren. Schlaf ist evolutionär konserviert und kann in verschiedenen Tiermodellen untersucht werden. Caenorhabditis elegans hat viele Vorteile für die Schlafforschung, da dieser Modellorganismus molekular-mechanistische Studien erleichtert. Wir konnten zeigen, dass der Schlaf in C. elegans von einem einzigen Schlaf-aktiven Neuron induziert wird, welches RIS genannt wird. Eine Inaktivierung von RIS führt zu Schlafverlust und inhibiert protektive Genexpression. Allerdings ist nicht bekannt, wie RIS die Genexpression reguliert. Es ist auch nicht bekannt, ob die Regulation der Genexpression vom Zelltyp, der Entwicklungsstufe, oder dem physiologischen Zustand abhängt. Auch sind die spezifischen Signalwege, durch die RIS die Genexpression kontrolliert, kaum verstanden. Das Ziel dieses Projektes ist es zu verstehen, wie RIS Genexpression in verschiedenen Zelltypen koordiniert. Dazu werden wir die Genexpression von einzelnen Zellen in Mutanten untersuchen, in welchen RIS-Aktivität erhöht oder erniedrigt ist. Um zentrale Veränderungen der Genexpression zu detektieren, die durch RIS Aktivität in unterschiedlichen Konditionen entstehen, wird diese Analyse in zwei Konditionen durchgeführt. Larven werden im Entwicklungsarrest und adulte Tiere werden mit ad libidum Futter getestet. Individuelle neuronale als auch nicht-neuronale Zellen werden über Fluoreszenzmarkierung und FACS isoliert, und die Genexpression einzelner Zellen wird mittels Einzelzell-Sequenzierung analysiert. Zentrale Veränderungen die in dieser Analyse identifiziert werden, werden weiter analysiert, um die Zellen und Gene zu ermitteln, welche für die Kontrolle der Genexpression durch RIS notwendig sind. Diese Analyse wird zeigen, welche Zelltypen von RIS beeinflusst werden, wie die Genexpression in spezifischen Zelltypen durch RIS Aktivität beeinträchtigt ist, und welche spezifischen Signalwege dieser Kontrolle zugrunde liegen. Dieses Projekt wird zur Auflösung molekularer Mechanismen beitragen, durch die RIS die Genexpression steuert. Somit wird diese Arbeit die Rolle von Schlafneuronen auf der Ebene aller einzelnen Zellen eines Organismus aufzeigen, sowie die Grundlagen darstellen auch für das Verständnis der Rolle von Schlafneuronen bei der Kontorolle der Genexpression in Säugetieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen