Morphologische und funktionelle Analyse des neuronalen Melanocortin-Netzwerks und dessen Modulation der visuellen Reizverarbeitung während des Fressverhaltens

• Antragsteller: Dominique Förster, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie ; Entwicklungsneurobiologie ; Experimentelle und theoretische Netzwerk-Neurowissenschaften
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 544966926

Energiehomöostase, d.h. die koordinierte Kontrolle von Nahrungsaufnahme und Energieverbrauch, ist kritisch für ein gesundes Leben und Überleben. Das Essverhalten ist abhängig von sensorischen Systemen und wird reguliert von mehreren neuromodulatorischen Mechanismen, die sich oft überschneiden und untereinander interagieren. Da das Gehirn von üblichen Säugetiermodellen vergleichbar hohe Komplexität aufweist, sind die zugrundeliegenden neuromodulatorischen Schaltkreise und deren Einfluss auf sensorische Gehirnareale größtenteils unbekannt. In diesem Antrag schlage ich vor, larvale Zebrabärblinge als Model anzuwenden, um die Rolle des Melanocortinsignalwegs für die Verarbeitung visueller Futterreize und deren Umwandlung in motorische Aktivität zu untersuchen. Im vorliegenden Arbeitsprogramm wird meine Gruppe zuerst die neuronale Architektur des zentralen Melanocortinsystems im Zebrabärbling untersuchen. Wir werden systematisch die Anatomie und die Verknüpfungen zweier antagonistischer Zellpopulationen des Hypothalamus charakterisieren: Neurone, die Agouti-verwandtes Peptid (AgRP) bzw. Melanocortin (Pomc) exprimieren und die Nahrungsaufnahme fördern bzw. unterdrücken. Vorläufige Daten zeigen, dass die Axone dieser Zellen u.a. das Tectum erreichen, die Verarbeitungszentrale für visuelle Reize im Fisch, was eine mögliche Verknüpfung zur Wahrnehmung von Futterquellen darstellt. Wir werden für beide Zelltypen einen morphologischen Katalog erstellen und ihre axonalen Zielbereiche im Gehirn bestimmen. Im zweiten Schritt werden wir unseren kürzlich veröffentlichten elektronenmikroskopischen Datensatz des gesamten Zebrafischgehirns verwenden, um die synaptische Konnektivität der AgRP- und Pomc-exprimierenden Zellen zu studieren. Dies ermöglicht die Identifikation der prä- und postsynaptischen Partnerzellen und somit die Erstellung des ersten Konnektoms für das zentrale Melanocortin-Netzwerk im Wirbeltiergehirn. Das dritte Ziel ist es, die funktionelle Rolle des Melanocortinsignalwegs für die visuelle Prozessierung und das Fressverhalten zu beschreiben. Wir werden die neuronale Aktivität im Tectum, sowie das Beutefangverhalten beobachten, während wir störend in das Agrp/Pomc-System eingreifen. Weiterhin werden wir die Melanocortinrezeptor-exprimierenden Zellen im Tectum morphologisch und funktionell beschreiben und deren Anteil an der Umwandlung sensorischer Futterreize zu motorischer Aktivität aufklären. Zusammenfassend werden die Ergebnisse des hier vorgeschlagenen Projekts einen detaillierten Einblick geben, wie auf Ebene einzelner Zellen sowie ganzer Schaltkreise das Melanocortinsystem des Hypothalamus die Reizverarbeitung visueller Stimuli und somit das Fressverhalten der Fische moduliert. Letztlich werden diese Ergebnisse das Verständnis der zugrundeliegenden Biologie von Stoffwechselkrankheiten fördern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen