Neural circuit and molecular mechanisms underpinning mating state-dependent choice behavior in Drosophila females
Molecular Biology and Physiology of Neurons and Glial Cells
Final Report Abstract
Fortpflanzung führt bei vielen weiblichen Tieren zu einer drastischen, manchmal langanhaltenden Veränderung des inneren Zustands und des Verhaltens. Wie eine Veränderung des reproduktiven Zustands oder das diskrete Ereignis der Paarung spezifische weibliche Verhaltensweisen moduliert, ist noch nicht vollständig verstanden. Mit Hilfe der Kalzium-Bildgebung des gesamten Gehirns von Drosophila-Weibchen konnten wir in diesem Projekt feststellen, dass die Paarung keine globale Veränderung der Gehirnaktivität auslöst. Stattdessen moduliert die Paarung die Pheromonreaktion dopaminerger Neuronen, die das Lern- und Gedächtniszentrum der Fliege, den Pilzkörper (MB), innervieren. Anhand der paarungsbedingten erhöhten Anziehungskraft des Geruchs wichtiger Nährstoffe, der Polyamine, zeigen wir, dass die Störung der Fähigkeit der weiblichen Fliege, beispielsweise das Pheromon cVA während der Paarung zu riechen, noch Tage später zu einer Verringerung der Polyaminpräferenz führt. Diese Daten deuten darauf hin, dass die Geruchsumgebung während der Paarung die Wahrnehmung und das Wahlverhalten der Weibchen nachhaltig beeinflusst. Darüber hinaus reichen dopaminerge Neuronen einschließlich der Innervation des β'1-Kompartiments aus, um die dauerhafte verhaltensbedingte Zunahme der Polyaminpräferenz zu bewirken. Wir zeigen außerdem, dass MB-Ausgangsneuronen (MBON) des β'1-Kompartiments durch Pheromongeruch aktiviert werden und ihre Aktivität während der Paarung das Präferenzverhalten bei begatteten und jungfräulichen Weibchen bidirektional moduliert. Ihre Aktivität ist jedoch für die Ausprägung der Polyamin-Attraktion nicht erforderlich. Stattdessen ermöglicht die Hemmung eines anderen MBON-Typs, der das β'2-Kompartiment innerviert, die Ausprägung einer hohen Geruchsattraktivität. Darüber hinaus zeigt die Reaktion eines Neurons des Seitenhorns (LH), AD1b2, dessen Output für die Ausprägung der Polyamin-Attraktion erforderlich ist, eine modulierte Polyamin-Reaktion nach der Paarung. Insgesamt deuten unsere Daten bei der Fliege darauf hin, dass paarungsbezogene sensorische Erfahrungen die weibliche Geruchswahrnehmung und die Ausprägung des Wahlverhaltens durch einen Dopamin-gesteuerten Lernkreislauf regulieren. Insgesamt konnten wir durch die DFG-Förderung eine Hypothese testen und die genauen Mechanismen der oben beschriebenen Verhaltensänderung charakterisieren.
Publications
- (2018). Internal state dependent odor processing and perception - the role of neuromodulation in the fly olfactory system. Front. Cell. Neurosci., 30 January 2018
Sayın, S, Boehm, AC, Kobler, J, De Backer, JF, and Grunwald Kadow, IC
(See online at https://doi.org/10.3389/fncel.2018.00011) - A dopamine-gated learning circuit underpins reproductive state-dependent odor preference in Drosophila females. eLife. 2022 Sep 21;11:e77643
Boehm, AC, Friedrich, AB, Hunt, S, Bandow, P, Siju, KP, De Backer, JF, Claussen, J, Link, MH, Hofmann, TF, Dawid, C, Grunwald Kadow, IC
(See online at https://doi.org/10.7554/elife.77643)
