Authors:	Spindler, Laura
Title:	Netzwerk- und epigenetische Analyse eines Ultralangzeitgedächtnisses bei Drosophila melanogaster
Online publication date:	21-Apr-2020
Year of first publication:	2020
Language:	german
Abstract:	A fly, memorizing its body reach, adjusts its behavior at a gap according to the own body size. Therefore, this fly will not try surmounting a gap that exceeds its reach by far. Formation of such a body-size memory is achieved by connecting parallax-motion experience with locomotion while walking in a visually structured environment. Regarding the biochemical pathway, learning and consolidation is mediated by activation of the cAMP/PKA signalling cascade and the transcription factor dCREB2 in Δ7-neurons of the protocerebral bridge (PB). Conversely, neurons, that connect the PB with the fan-shaped body and the noduli (PFN), require low activity of dCREB2. Once formed, body-size memory is the most enduring memory known to date in Drosophila melanogaster. In the present study, a network-analysis was performed, showing that Δ7- neurons project to and build synaptic contacts with PFN-neurons. Additionally, the actual PFN-cell types responsible for acquiring body-size memory could be further defined by comparing them to published cell types of the protocerebral bridge. Moreover, it could be shown that learning the individual body reach is independent of a sensitive period in a fly’s life. Thus, learning is not restricted to the immediate post- hatching period, but possible even 8 - 9 days thereafter. Once consolidated, body- size memory can be retrieved 12 – 14 hours after learning. Investigating mechanisms guaranteeing maintenance of the learned information, data were collected showing that dCREB2-activity in Δ7-neurons is required on a sustained basis, outlasting even the early maintenance period. Supportingly, feeding the protein synthesis inhibitor Cycloheximid revealed that synthesis of new proteins is required even after consolidation. With an alternative approach focusing on maintenance mechanisms, it was asked, whether the expression of dCREB2-target genes in Δ7-neurons is continuously achieved by epigenetic modification. An RNAi-screen unraveled that eleven candidates, in addition to the dCREB2-co-activators dCBP und CRTC, exhibited a Δ7-specific climbing phenotype. Those flies showed extensive leg-over- head strokes at an unsurmountable gap. However, whether the function of the epigenetic factors are required during learning and consolidation or memory maintenance needs to be analyzed. According to the results of the study, it is likely that dCREB2 and the epigenetic modulators act synergistically to achieve memory maintenance. Eine Fliege, die ein Gedächtnis über ihre Körperreichweite besitzt, richtet ihr Verhalten an einer Lücke entlang ihres Weges danach aus. D. h. sie kann ein- schätzen, ob eine Lücke definierter Größe von ihr zu überwinden ist. Der Bildung dieses Gedächtnisses unterliegt die Generierung von Bewegungsparallaxe während des Laufens innerhalb einer strukturierten Umgebung. Während des Lernens wird dabei die cAMP-Kaskade innerhalb der Δ7-Neurone der Protozerebralbrücke (PB) benötigt, welche eine Aktivierung des Transkriptionsaktivators dCREB2 vornimmt. Im Gegensatz dazu ist die Aktivität von dCREB2 in den Neuronen reduziert, die die PB mit dem Fächerförmigen Körper und den Noduli (PFN) verknüpfen. Die Bedeutsamkeit des Körpergrößengedächtnisses ergibt sich daraus, dass es als das am längsten andauernde Gedächtnis innerhalb der Spezies bekannt ist. In dieser Arbeit wurde eine Netzwerk-Analyse vorgenommen, der zufolge die Δ7-Neurone auf die PFN-Neurone projizieren und mit diesen synaptische Kontakte ausbilden. Zudem konnte durch einen Vergleich mit publizierten Zelltypen der Protozerebralbrücke der für das Körpergrößengedächtnis relevante PFN-Zelltyp weiter eingegrenzt werden. Darüber hinaus zeigte sich, dass eine Fliege ihre Körperreichweite nicht während einer kritischen Lebensphase erlernen muss; der Lernvorgang kann auch im Alter von 8-9 Tagen vorgenommen werden. Ist die Körpergröße einmal unter kontrollierten Bedingungen erlernt worden, dauert es etwa 12 – 14 Stunden, bevor diese Information von der Fliege abgerufen werden kann. Auch zeigte sich, dass die Aktivität von dCREB2 in den Δ7-Neuronen über die Phase des Körperreichweitenlernens hinaus für die Gedächtnisaufrechterhaltung benötigt wird. Die Verfütterung eines Proteinbiosynthese-Inhibitors bestätigt zudem die Notwendigkeit einer Protein-Neusynthese auch nach Abschluss der Konsolidierung. Ergänzend zur dauerhaften dCREB2-Aktivität scheint es wahrscheinlich, dass die Expression von dCREB2-Zielgenen in den Δ7-Neuronen durch epigenetische Modifikationen kontrolliert wird. Über einen RNAi-Screen zeigten elf Kandidaten, zuzüglich der beiden dCREB2-Co-Aktivatoren dCBP und CRTC, unverhältnismäßig viele Kletterinitiationen an nicht zu überwindenden Lücken (Δ7-spezifischer Kletterphänotyp). Eine synergistische Aktivität des Transkriptionsfaktors und der epigenetischen Modulatoren zur Gedächtnisaufrechterhaltung scheint aktuell wahrscheinlich.
DDC:	570 Biowissenschaften 570 Life sciences
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department:	FB 10 Biologie
Place:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-3110
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-diss-1000034778
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent:	III, 199 Seiten
Appears in collections:	JGU-Publikationen