Sensorische Neurogenetik
Die Taufliege Drosophila melanogaster.
Wir interessieren uns für das genetische Programm, welches neuronale Identität spezifiziert, diese mit der Konnektivität eines Neurons koordiniert, und letztendlich die Integration in ein funktionierendes neuronales Netzwerk erlaubt. Wir benutzen das relativ simple und genetisch manipulierbare olfaktorische System der Taufliege Drosophila melanogaster als ein Modellsystem, um die molekularen Komponenten dieses genetischen Programms zu identifizieren und zu charakterisieren. Unser langfristiges Ziel ist es, (i) ein allgemeines Konzept der Entwicklung von sensorischen Nervensystemen zu beschreiben, und (ii) Unterschiede zwischen verschiedenen Spezies und verschiedenen Nervensystemen zu identifizieren.
Der Geruchssinn erlaubt die Diskriminierung einer großen Zahl an Geruchsstoffen. Neurone auf den Geruchsorganen, die spezifische Odorantrezeptoren exprimieren, bilden präzise Verbindungen zu Neuronen in höheren Hirnarealen, die diese Information weiter prozessieren. Die Fähigkeit bestimmte Geruchsstoffe zu identifizieren und entsprechende Neurone im Hirn zu aktivieren ist essentiell für wichtige Verhaltensweisen. Der Geruchssinn der Fliege ist im Grunde aufgebaut, wie der von Säugetieren. Er besteht allerdings aus deutlich weniger olfaktorischen Neuronen (ORN), die in Sensillen auf den Antennen oder den Maxillaren der Fliegen zu finden sind.
Ein bis vier Neurone sind in jeder dieser Sensillen zu finden. Es ist nicht klar, wie ihre Zahl und Identität bestimmt wird. Neurone, die den gleichen olfaktorischen Rezeptor exprimieren, innervieren den gleichen sogenannten Glomerulus im Gehirn. CO2 sensitive Neurone mit den Rezeptoren Gr21a/Gr63a bilden zum Beispiel Verbindungen mit dem V-Glomerulus. Neurone auf den Maxillaren hingegen, schicken ihre Axone zu medialen Glomeruli. Unser Wissen, wie die Konnektivität der Neurone geregelt wird, ist limitiert. Die molekularen Mechanismen, die die Diversifizierung der Neurone bestimmen, sind kaum bekannt.
In einem großen genetischen Screen konnten wir Mutanten identifizieren, die nicht das stereotype Innervierungsmuster der olfaktorischen Neurone des Wildtyps zeigten. Molekulare Analyse einiger dieser Mutanten legte nahe, dass zelluläre Prozesse wie Proteolyse, Signaltransduktion, epigenetische Regulation von Transkription, sowie Zuckermodifizierungen bei der Entwicklung dieses sensorischen Systems eine wichtige Rolle spielen.
Basierend auf diesen Ergebnissen und den gefundenen Mutanten adressieren wir jetzt folgende Fragen:
- Welche Gene sind in die Spezifizierung von olfaktorischen Neuronen involviert?
- Was sind die molekularen Mechanismen, die ihre sensorische Identität mit ihren synaptischen Verbindungen koordinieren?
- Bestehen fundamentale Unterschiede zwischen der Entwicklung verschiedener Klassen von sensorischen Neuronen?
Um Antworten auf diese Fragen zu finden, nutzen wir Fliegengenetik in Kombination mit zellbiologischen, biochemischen, elektrophysiologischen Methoden und Verhaltenstests.
Detailliertere Informationen finden sich auf der englischsprachigen Seite.
