Der genetische Gehirnatlas von Drosophila melanogaster: Untersuchung und quantitative on-line Dokumentation von Genexpressionsmustern
Final Report Abstract
Das Gehim der Taufliege Drosophila besteht aus ungefähr 100.000 Nervenzellen, deren Vemetzung den Fimktionen des Gehims in der Regulation des Verhaltens zugmnde liegt. Für die Entstehung und den Betrieb des Gehims werden aber auch viele tausend Gene gebraucht, die die Eigenschaften der Nervenzellen bestimmen und die Botenstoffe zur Kommunikation unter den Nervenzellen bereitstellen. Zwischen den anatomischen und molekularen Eigenschaften des Gehims vermitteln die Genexpressionsmuster, die dadurch entstehen, dass viele Gene im Gehim nur in ausgewählten Nervenzellen zum Einsatz kommen. In ihrer Gesamtheit ergeben die Genexpressionsmuster einen Atlas der anatomisch/molekularen Vemetzungen des Gehims. Sie schaffen überdies die Möglichkeit in den Nervenzellen dieser Muster die Gehime der lebender Fliegen hoch selektiv und reproduzierbar zu manipulieren. Wir haben Software-Bausteine (das VIB-Protokoll) entwickelt, die es erlauben aus digitalen Daten des konfokalen Mikroskops bildliche Darstellungen des 3-dimensionalen Fliegengehims zu rekonstmieren, solche Darstellungen zu mittein imd Genexpressionsmuster in dieses Gehimmodell einzupassen. Der Hauptbestandteil des VIB-Protokolls ist ein Normierungsverfahren, das SD-Bild- Stapel (Folgen virtueller Schnittbilder des konfokalen Mikroskops) auf ein gemeinsames Koordinatensystem abbildet und für jeden dreidimensionalem Bildpunkt (Voxel) die diu-chschnittliche Intensität berechnet. Mit dem VIB Protokoll werden der öro^o^p/j/7a-Gehimforschung Methoden fiir den Umgang mit Genexpressionsmustem zur Verfügung gesteltt. Es erleichtert ihren direkten Vergleich und beschreibt ihre interindividuelle Variabilität. Es liefert volumetrische Messungen zu definierten Gehimregionen und hilft z.B. Veränderungen der Gehimstruktur zu erkennen, die durch eine Mutation oder bestimmte Erfahrungen entstanden sind. Mit dem VIB-Protokoll haben wir den Grundstein für den Genetischen Gehimatlas von Drosophila gelegt. Die Verwendung des VIB Protokolls erfordert keinerlei Programmierkenntnisse, da alle Vorgänge aufeiner selbsterklärenden graphischen Benutzeroberfläche ausgeführt werden können. Obgleich das VIB Protokoll ftir die Normiemng der Neuroanatomie von Taufliegen entwickelt worden ist, kann die Programmstruktur auch für die Normiemng anderer 3D-Stmkturen benutzt werden. Das VIB-Protokoll hat bereits viele Anwender gefunden. Der Genetische Gehimatlas wird in einem Großprojekt im Howard Hughes Medical Institute, Janelia Farm Research Campus weiter entwickelt.
Publications
- Jenett A, Schindelin JE and Heisenberg M (2006) The virtual Insect Brain protocol: creating and comparing standardized neuroanatomy. BMC Bioinformatics 7, 544-556
- Jenett, A (2007) The Virtual Insect Brain Protocol. Dissertation, Julius-Maximilians-Universität Würzburg
- Schindelin JE (2005) The standard brain of Drosophila melanogaster and its automatic segmentation. Dissertation, Julius-Maximilians-Universität Würzburg
- Schmid B, Schindelin JE, Cardona A and HeisenbergM (2008) Hardware-accelerated 3D visualization for ImageJ. Proceedings ofthe ImageJ User and Developer Conference, 110-114
- Thum AS, Jenett A, Ito K, Heisenberg M and Tanimoto H (2007) Multiple memory traces for olfactory reward leaming in Drosophila. J Neurosci 27, 11132-11138
