Genetischer Zugang zu synaptischen Gedächtnismechanismen im sich verhaltenden Organismus - Axoaxonale synaptische Integration in Kontrolle von synaptischer Neurotransmitterfreisetzung

• Antragsteller: Professor Dr. David Owald
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie ; Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 282979116

Dieses Emmy Noether-Projekt befasst sich damit, die synaptischen Mechanismen der appetitiven Gedächtnisspeicherung innerhalb der Pilzkörper (MBs) des Modellorganismus Drosophila an einer axo-dendritischen synaptischen Verbindung (Owald et al., 2015; Perisse, Owald et al., 2016; Barnstedt, Owald et al., 2016) zu verstehen. Als ein zentrales Ergebnis dieses Projektes konnten wir einen neuartigen Mechanismus der postsynaptischen Gedächtnisspeicherung unter Beteiligung von nikotinischen Acetylcholinrezeptoren identifizieren (Pribbenow et al., Manuskript im Anhang). Obwohl wir zu einem guten Verständnis des Mechanismus der Gedächtnisspeicherung gelangt sind, bleibt weitgehend unklar, wie neuartige und erlernte Informationen akut integriert werden können. Das hier vorgeschlagene Projekt baut nun auf unserer Entdeckung eines axo-axonalen synaptischen Motivs auf, welches eine Synapse stromabwärts zu den gedächtnisspeichernden Verbindungen zu finden ist (unveröffentlicht). Die Funktionalität dieser Verbindung beruht auf der Signalübertragung durch den alpha7 nikotinergen Rezeptor, der vormals auch im Kontext der präsynaptischen Signalübertragung in Wirbeltieren identifiziert wurde. Wir konnten zeigen, dass die genetische Herunterregulierung von alpha7 Nikotinrezeptoren sowohl Verhaltensprogramme stört als auch die neurophysiologischen Eigenschaften einzelner Boutons entlang desselben Axons von MB-Ausgangsneuronen verändert. Auf molekularer Ebene deuten unsere Daten darauf hin, dass alpha7 Untereinheiten direkt mit Proteinen der Neurotransmitterfreisetzungsmaschinerie interagieren können. Wir stellen daher die Hypothese auf, dass alpha7 Rezeptoren die Neurotransmitterfreisetzung parallel zu den über spannungsgesteuerte Kalziumkanäle regulierten kanonischen Bahnen steuern können. Da wir in diesem Emmy Noether-Projekt ein ähnliches Motiv zusätzlich innerhalb eines Netzwerks, das Schlafdruck signalisiert, aufgedeckt haben (Raccuglia et al., 2019), folgen wir darüber hinaus der Hypothese, dass alpha7-mediiertes Signalling an axo-axonalen Verbindungen ein allgemeines Motiv zur Netzwerkintegration darstellen kann.Um diese Hypothesen zu testen, werden wir die molekulare Struktur von axo-axonalen Kontakten untersuchen, wobei wir in diesem Projekt konstruierte Fliegen verwenden, die endogen GFP-markiertes alpha7 exprimieren. Parallel dazu werden wir die neurophysiologischen Prinzipien der axo-axonalen Signalübertragung im Zusammenhang mit der olfaktorischen und visuellen Integration von MB-Ausgangsneuronen bzw. R5-Ringneuronen analysieren und die nachfolgenden Schritte der Neurotransmitterfreisetzung mit Hilfe optischer Sensoren charakterisieren. Zusammenfassend zielt dieses Projekt darauf ab, ein neuartiges synaptisches Motiv strukturell (molekular) und funktional zu untersuchen, das möglicherweise an der Integration erlernter Information und der sofortigen Entscheidungsfindung beteiligt sein könnte.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen