Von langsamen zu schnellen Bewegungsrhythmen: Zelluläre und molekulare Anpassungen in spinalen Motorsystemen

• Antragsteller: Professor Dr. Boris Chagnaud
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 333218137

Fortbewegung ist eine der grundlegendsten Verhaltensweisen aller Tiere. So erlaubt die gerichtete Lokomotion beispielsweise, die Suche nach Nahrung, Schutz oder Reproduktionspartnern. In Wirbeltieren wird Lokomotion durch alternierende Kontraktionen von bilateral organisierten Skelettmuskeln gesteuert. Diese alternierenden Kontraktionen werden durch neuronale Signale aus dem Rückenmark ausgelöst, unabhängig von der Art der Fortbewegung. Ob Fliegen, Kriechen, Schwimmen oder Laufen, immer bestimmen spinale Rhythmusgeneratoren die Aktivität der Motoneurone, die die Skelettmuskeln innervieren. Während der grundlegende spinale Bauplan im Laufe der Evolution nur wenig verändert wurde, führen verschiedene Adaptationen zu unterschiedlichen Fortbewegungsformen (Laufen oder Fliegen) wie auch zu unterschiedlich schnellen Muskelkontraktionsfolgen bei sich langsam und schnell bewegenden Organismen. Diese Adaptationen sind jedoch bislang nicht hinreichend verstanden.Ziel der beantragten Studie ist es, die Mechanismen zu untersuchen, die es evolutionär ursprünglichen neuronalen Systemen erlauben, unterschiedliche Frequenzregime zu generieren. Klapperschlangen sind dazu äußerst geeignete Modelltiere, da der Hauptteil des Rückenmarks für niederfrequente Lokomotion zuständig (ca. 4-15Hz) ist, während der kaudalste Teil des Rückenmarks ein hochfrequentes Motorprogramm (80-120 Hz) für akustische Warnung (Rasseln) generiert. Somit besitzen Klapperschlangen zwei unterschiedliche spinale Programme die unterschiedliche Frequenzregime aufweisen. Dies erlaubt es gezielt die Adaptationen zu untersuchen, welche den unterschiedlichen Frequenzregimen zugrunde liegen, ohne auf zwei verschiedenen Spezies (beispielsweise Faultier und Gepard) zurückgreifen zu müssen, welche zusätzliche Interspeziesunterschiede aufweisen können.Da die spinale Organisation der zwei unterschiedlich schnellen spinalen Motorprogramme in der Klapperschlange ähnlich aufgebaut sind, postuliere ich, dass zelluläre Adaptationen innerhalb der jeweiligen Netzwerke zu den unterschiedlichen Frequenzregimen führen. Ziel der beantragten Studie ist es, mit Hilfe von elektrophysiologischen, pharmakologischen, anatomischen und molekularen Methoden die Mechanismen auf netzwerklicher, zellulärer und molekularer Ebene aufzuklären, welche diese unterschiedlichen Frequenzregime ermöglichen. Die beantragte Studie wird somit dazu beitragen, unser Verständnis über die evolutionären Modifikation neuronaler Systeme zu beschreiben, die unterschiedliche Verhaltensweisen ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Österreich