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Projekt
Von der Restriktion impräziser synaptischer Partnerwahl in Raum und Zeit zur robusten Repräsentation von Navigationsinformation im Fliegengehirn
Antragsteller
Professor Dr. Mathias Wernet
Fachliche Zuordnung
Entwicklungsneurobiologie
Förderung
Förderung seit 2022
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 453877723
Im adulten Gehirn findet man auf engstem Raum verschiedene Zelltypen mit ähnlicher Morphologie und Funktion, welche sich jedoch in Ihrer Verschaltung spezifisch unterscheiden. Modalitätsspezifische Photorezeptorneurone und ihre synaptischen Partner im adulten Sehsystem der Taufliege Drosophila melanogaster sind ein Beispiel dieses Phänomens: Während der Grossteil des Fliegenauges und der darunterliegenden optischen Neuropile Bewegungs- und Farbinformation verarbeiten, prozessiert die dorsale Randregion (DRA) Himmelspolarisation, woraufhin Navigationsinformation im Zentragehirn repräsentiert wird und gegenüber verschiedenen Stimuluskonditionen robust ist. Die Motivation zu P3 entstammt einer Gruppeninitative von RobusCircuit Gruppenleitern, welche jüngst entdeckte, dass farbsensitive R7 Photorezeptoren nach Kontakt mit mit unkorrekten Partnerzellen problemlos Synapsen bilden, wobei synaptische Spezifität im sich entwickelnden wildtyp-Gehirn über die räumliche und zeitliche Trennung von synaptogenen Interaktionen sichergestellt wird. Basierend auf vorläufigen Daten zu Neuronen in der DRA Region verfolgen wir die Hypothese, dass eine robuste Repräsentation von Information, welche von DRA Neuronen prozessiert wird, auf deren Fähigkeit zur promiskuitiven Bildung von Synapsen basiert, indem die synaptogenen Begegnungen differenziell reguliert werden, sowohl in Raum und Zeit. P3 wurde konzipiert um diese Hypothese zu testen, indem drei komplementäre Ansätze verfolgt werden: (i) Quantitative Untersuchung von filopodialer Dynamik sowohl prä- als auch post-synaptischer Zelltypen mithilfe von multiphoton, ex vivo bildgebenden Verfahren; (ii) Quantifikation der variablen neuronalen Morphologie sowie der Synapsenverteilung durch elektronenmikroskopische Konnektomdaten; (iii) Quantifikation von Variabilität und Impräzision für die Schaffung robuster zellulärer Antworten, sowohl auf der Einzelzellebene, als auch in der gesamten Population, anhand von Optophysiologie (Calcium imaging). Ansätze (i) und (iii) werden sowohl wildtypische Gehirne als auch gezielte Manipulationen von filopodialer Dynamik und neuronalen Begegnungen beinhalten. Wir werden diese Experimente dann auf Neurone ausweiten, welche die optischen Loben mit dem Zentralgehirn verbinden, wo sie eine robuste Repräsentation von Himmelsinformation bewirken. Wenn diese Studien abgeschlossen sind, werden wir eine komplette vierdimensionale Beschreibung der Mechanismen für die Entwicklung einer robusten Repräsentation von Navigationsinformation etablieren, basierend auf stochastischer Dynamik im intakten Gehirn.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
