TY  - THES
A1  - Wulf, Andrea
T1  - Regulierung eines kalziumempfindlichen Kaliumkanals durch Proteinkinase C
T1  - Regulation of a Ca2+-sensitive K+ channel by protein kinase C
N2  - Ca2+-empfindliche K+-Kanäle mittlerer Leitfähigkeit (IK1-Kanäle) übernehmen wichtige Funktionen bei vielen physiologischen Prozessen wie z.B. bei der Zell-Proliferation, der epithelialen Salz- und Wasser-Sekretion und der Zellmigration. Die Kanäle werden durch die intrazeluläre Ca2+-Konzentration reguliert, wobei ihre Ca2+-Sensitivität durch Phosphorylierungsreaktionen moduliert werden kann. Ziel dieser Arbeit war die funktionelle Charakterisierung des aus transformierten Nierenepithelzellen (MDCK-F-Zellen) klonierten Ca2+-sensitiven K+-Kanals mittlerer Leitfähigkeit (cIK1) und die Untersuchung seiner Regulierung durch die Proteinkinase C (PKC). Dazu wurde der Kanal heterolog in CHO- und HEK293-Zellen exprimiert. Seine biophysikalischen und pharmakologischen Eigenschaften sowie der Einfluß der Proteinkinase C auf die Kanalaktivität wurden mit Hilfe der Patch-Clamp-Technik untersucht. Die cIK1-Ströme sind schwach einwärtsrektifizierend, zeigen keine Aktivierungs- oder Inaktivierungskinetik und weisen im physiologischen Bereich keine Spannungsabhängigkeit auf. Der cIK1 ist K+-selektiv und wird durch einen Anstieg der intrazellulären Ca2+-Konzentration aktiviert. Der Kanal wird durch Barium, Charybdotoxin und Clotrimazol blockiert und durch 1-Ethyl-2-Benzimidazolon aktiviert. Die funktionellen und pharmakologischen Eigenschaften des klonierten cIK1 entsprechen damit denen des nativen Kanals aus MDCK-F-Zellen und stimmen mit denen anderer Mitglieder der IK1-Kanalfamilie überein. Neben der Regulierung durch die intrazelluläre Ca2+-Konzentration wird der cIK1 auch durch eine PKC-abhängige Phosphorylierung reguliert. Sowohl ATP als auch ATP?S stimulieren die Kanalaktivität. Die ATP-abhängige Aktivierung wird durch Inhibitoren der Proteinkinase C (Bisindolylmaleimid, Calphostin C) gehemmt, während die mit ATP?S induzierte Kanalaktivität weitgehend resistent gegen diese PKC-Inhibitoren ist. Eine Stimulierung der Proteinkinase C mit Phorbol 12-Myristat 13-Acetat (PMA) führt zu einer sofortigen Aktivierung des cIK1. Im Gegensatz dazu sind die cIK1-Kanäle nach fast vollständigem Abbau der Proteinkinase C durch eine langfristige Inkubierung der Zellen mit PMA nicht mehr aktiv. Um zu untersuchen, ob diese Regulierung eine direkte Interaktion der Proteinkinase C mit dem Kanalprotein erfordert, wurden die drei putativen PKC-Konsensussequenzen des cIK1 mittels zielgerichteter Mutagenese so verändert, daß eine Phosphorylierung an diesen Stellen nicht mehr möglich ist. Weder die einzelne Mutation der PKC-Konsensussequenzen (T101, S178, T329) noch die gleichzeitige Mutation aller drei Phosporylierungsstellen zu Alanin beeinflußt die akute Regulierung des cIK1 durch die Proteinkinase C. Die cIK1-Mutante T329A und die Dreifachmutante reagieren jedoch nach einem Abbau der Proteinkinase C mit einem extremen Anstieg der Kanalaktivität und demaskieren damit einen zweiten Weg der Kanalregulierung. Die Ergebnisse zeigen, daß der cIK1 durch zwei voneinander unabhängige Mechanismen reguliert wird. Eine PKC-abhängige Phosphorylierung erhöht die Aktivität der Kanäle, findet jedoch nicht an den bekannten PKC-Konsensusesquenzen des Kanalproteins statt. Dagegen werden die cIK1-Kanäle über einen zweiten ATP-abhängigen Mechanismus, der wahrschenlich eine direkte Interaktion mit dem Kanalprotein erfordert, gehemmt.
N2  - Ca2+ sensitive K+ channels of intermediate conductance (IK1 channels) are required for many physiological functions such as cell proliferation, epithelial transport or cell migration. The intracellular Ca2+ concentration is the most important regulator of IK1 channels. Their Ca2+ sensitivity can be modified by phosphorylation-dependent reactions. The aim of this study was the functional characterisation of the canine isoform cIK1 cloned from transformed renal epithelial cells (MDCK-F cells) and the investigation of mechanisms by which it is regulated by protein kinase C (PKC). cIK1 channels were heterologously expressed in CHO and HEK293 cells and investigated by means of patch clamp technique. cIK1 channels elicit a K+ selective, inwardly rectifying, and Ca2+-dependent current. It is inhibited by barium, charybdotoxin, clotrimazole, and activated by 1-ethyl-2-benzimidazolone. The electrophysiological and pharmacological characteristics thereby correspond to those of native cIK1 channels from MDCK-F cells and those of other IK1 channel isoforms. CIK1 channel are regulated by the intracellular Ca2+ concentration and in addition by protein kinase C. They are activated by the intracellular application of ATP or ATP?S. ATP-dependent activation is reversed by protein kinase C inhibitors (bisindolylmaleimide, calphostin C), while stimulation with ATP?S resists protein kinase C inhibition. Stimulation of protein kinase C with phorbol 12-myristate 13-acetate (PMA) leads to the acute activation of cIK1 currents. In contrast, PKC depletion by overnight incubation with PMA prevents ATP-dependent cIK1 activation. To investigate whether this regulation requires a direct interaction with the channel protein, the three putative protein kinase C phosphorylation sites were mutated, so that the channel protein would no longer be phosphorylated at those residues. Neither single mutations nor the simultaneous mutation of all protein kinase C phosphorylation sites (T101, S178, T329) to alanine alter the acute regulation of cIK1 channels by protein kinase C. However, current amplitudes of the cIK1 mutant T329A and the triple mutant are dramatically increased upon logterm treatment with PMA. These mutations thereby disclose an inhibitory effect on cIK1 current of protein kinase C phosphorylation site at T329. Our results indicate that cIK1 activity is regulated in two ways. Protein kinase C dependent activation of cIK1 channels occurs indirectly, while the inhibitory effect probably requires a direct interaction with the channel protein.
KW  - Kaliumkanal
KW  - Calcium
KW  - Calciumion
KW  - Proteinkinase C
KW  - Kaliumkanäle
KW  - Proteinkinase C
KW  - patch-clamp
KW  - Mutagenese
KW  - Phosphorylierung
KW  - potassium channels
KW  - proteinkinase C
KW  - patch-clamp
KW  - mutagenesis
KW  - phosphorylation
Y1  - 2001
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-1179144
ER  - 
TY  - THES
A1  - Riemensperger, Thomas
T1  - Untersuchung prädiktiver Eigenschaften des dopaminergen Systems von Drosophila melanogaster mittels genetisch kodierter Calcium Sensoren
T1  - Analysis of predictive features in the dopaminergic System of Drosophila melanogaster using genetically encoded Calcium Sensors
N2  - Die Technik des optischen Imaging unter Verwendung DNA-codierter Sensoren ermöglicht es, Messungen neuraler Aktivitäten in genetisch definierten Populationen von Neuronen durchzuführen. In der Vielzahl der verschiedenen entwickelten Sensoren konnten die Calciumsensoren bisher das beste Verhältnis zwischen Signal und Rauschen und die beste zeitliche Auflösung aufzeigen. Hierbei handelt es sich in erster Linie um zwei Typen von Sensoren, zum einen ratiometrische Sensoren, deren Signal auf einem Fluoreszenz Resonanz Energie Transfer (FRET) basiert, und zum anderen um zirkulär permutierte Sensoren, die auf einem modifizierten GFP-Molekül basieren, wobei das Signal auf einer veränderten Protonierung des Chromophors beruht. Beide Arten dieser Sensoren wurden schon erfolgreich zum Messen neuraler Aktivitäten in Nervensystemen verschiedener Tierarten verwendet. Ein Teil dieser Arbeit bestand darin, zu untersuchen, welche Sensoren sich für die Messung an einem lebenden Organismus am besten eignen. Hierfür wurden die Eigenschaften von vier verschiedenen FRET basierten Sensoren und zwei der zyklisch permutierten Sensoren nach Expression im zentralen Nervensystem von Drosophila charakterisiert. Die Sensoren wurden in Neuronen zweiter und dritter Ordnung des olfaktorischen Signalwegs exprimiert und ihre Antworten auf physiologische Duftstimulation oder artifiziell induzierte Depolarisation des Gehirns untersucht. Während die calciumabhängigen Signale der zyklisch permutierten Sensoren in der Regel größer waren als die der FRET basierten Sensoren, zeichneten sich letztere durch ein besseres Signal zu Rausch-Verhältnis aus, wenn Bewegungen der fluoreszierenden Strukturen nicht zu vermeiden waren. Dies war auch der ausschlaggebende Grund für die Verwendung eines FRET basierten Sensors im anschließenden Teil der Arbeit. Im zweiten Teil der Arbeit wurde der Effekt untersucht, den die Paarung eines neutralen Stimulus mit einem bestrafenden Stimulus auf dopaminerge Neurone hat. Eine solche Paarung kann zu einer klassischen Konditionierung führen, einer einfachen Form des Lernens, in welcher das Tier einem ursprünglich neutralen Stimulus einen Wert zuordnet, und dadurch sein Verhalten dem Stimulus gegenüber ändert. Die olfaktorische klassische Konditionierung in Drosophila wird seit vielen Jahren intensiv untersucht, um die molekularen und neuronalen Grundlagen von Lernen und Gedächtnis zu charakterisieren. Dabei hat sich gezeigt, dass besonders die Pilzkörper von essentieller Bedeutung für die Ausbildung eines olfaktorischen Gedächtnisses sind. Während das olfactorische System bei Insekten bereits detailiert analysiert wurde, ist über die Neurone, die den bestrafenden Stimulus vermitteln, nur sehr wenig bekannt. Unter Anwendung des funktionellen optischen Calcium Imaging konnte im Rahmen der Arbeit gezeigt werden, dass die Projektionen von dopaminergen Neuronen im Bereich der Loben der Pilzkörper schwach auf die Präsentation eines Duftes, jedoch sehr stark auf eine Stimulation durch einen Elektroschock antworten. Nach mehrmaliger Paarung eines Duftes mit einem Elektroschock während eines Trainings, verlängert sich die Aktivität dieser dopaminergen Neurone auf den bestraften Duft hin im Test ohne Elektroschock drastisch, während die Antwort auf den Kontrollduft keine signifikanten Veränderungen aufweist. Während bei Säugetieren belohnende Reize bei appetitiven Lernvorgängen über dopaminerge Neurone vermittelt werden, spielen bei Drosophila diese Neurone offensichtlich eine Rolle bei der aversiven Konditionierung. Jedoch blieb, auch wenn sich die Rolle des Dopamins im Laufe der Evolution geändert zu haben scheint, die Fähigkeit dieses Neuronentyps, nicht nur auf einen eintreffenden verstärkenden Stimulus zu reagieren, sondern diesen auch vorhersagen zu können, zwischen Säugern und Drosophila erhalten.
N2  - The technique of optical in vivo imaging using genetically encoded fluorescent sensors in transgenic animals has paved the way for real-time monitoring of spatio-temporal activity in the brain. Among the different fluorescent probes, the calcium sensors produce signals with the highest signal to noise ratio and the best temporal resolution. Basically these sensors can be split into two groups, those based on a FRET-effect between two modified green fluorescent proteins (GFPs) and those which make use of on a circular permutation of GFP. Both types have successfully been used for measuring neuronal activity in various species. One part of the present work was to test which of these different sensor types are best suited for an in vivo situation. For this, two members of the class of circularly permutated sensors and four members of the class of FRET based sensors were tested and compaired in Drosophila. Each sensor was expressed in second and third order neurons of the olfactory pathway and the calcium activity evoked by artificial depolarisation or physiological odour stimuli was recorded. Whereas the Calcium dependent change in signal intensity is substantially higher for the circularly permutated sensors, the FRET based sensors tested in this work showed a better signal to noise ratio when movement of the brain structures under investigation could not be prevented. For this reason a FRET based sensor was chosen to measure the activity of dopaminergic neuronsin a classical conditioning paradigm. In the second part of this work the effect of pairing a neutral stimulus with a negative reinforcer (in this case an electric shock) on the activity of dopaminergic neurons was investigated. The pairing of these two stimuli can lead to classical conditioning, a simple form of learning in which the animal assigns a value (positive or negative) to the formerly neutral stimulus. Olfactory classical conditioning in Drosophila melanogaster is a prime model for the analysis of the molecular and neuronal substrate of this type of learning and memory. In particular the mushroom bodies have been shown to be essential for olfactory memory formation. While the olfactory system of insects has been extensively characterized little is known about the neurons that mediate the reinforcing stimulus. Using the technique of optical calcium imaging it was possible to show that dopaminergic projections in the region of the mushroom body lobes responded weakly to odour presentations, but strongly to the stimulation by an electric shock. After pairing for several times one of two odours presented to the fly with an electric shock (training), the activity of the dopaminergic neurons to the punished odour is significantly prolonged in a test after the training. No change is observed after the training for the control odour that was not paired with the electric shock. Whereas in mammals rewarding stimuli are mediated by dopaminergic neurons, in Drosophila this catecholamine apparently plays a role in mediating aversive reinforcement. Even though the role of dopamine seems to have changed during evolution the capability of dopaminergic neurons to predict a reinforcing stimulus appears to be conserved between Drosophila and mammals.
KW  - Taufliege
KW  - Dopaminerge Nervenzelle
KW  - Calcium
KW  - Calcium imaging
KW  - Sensoren
KW  - Dopamin
KW  - Drosophila melanogaster
KW  - prädiktive Eigenschaften
KW  - Calcium imaging
KW  - Sensors
KW  - Dopamine
KW  - Drosophila melanogaster
KW  - predictive features
Y1  - 2006
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-19041
ER  - 
TY  - THES
A1  - Endter, Jörg-Michael
T1  - Mechanismen der Elektropermeabilisierung und Elektrofusion eukaryotischer Zellen und Protoplasten
T1  - Mechanisms of Electropermeabilization and Electrofusion of eukaryotic cells and protoplasts
N2  - In dieser Arbeit konnten grundlegende Erkenntnisse über die Wirkung elektrischer Felder auf Membranen von eukaryotischen Zellen gewonnen werden. Dieses Wissen ermöglichte eine detaillierte Aufklärung der Mechanismen der Elektropermealisierung und der Elektrofusion. Maßgeblich hierfür war die dielektrische Analyse von Pflanzen- bzw. Hefeprotoplasten durch umfassende Messungen auf Basis der Elektrorotationsmethode. Mithilfe dieser Methode wurden die elektrischen Eigenschaften wie die flächenspezifische Membrankapazität und die innere Leitfähigkeit von Pichia pastoris Protoplasten ermittelt. Die Kenntnis dieser Zelleigenschaften verhalf dazu, einerseits das Sammelfeld im Hinblick auf seine Feldstärke und Frequenz einzustellen. Damit wurde ein optimaler Kontakt der Zellmembranen während der Fusion ermöglicht und störende Einflüsse, wie beispielsweise die Multizellrotation, minimiert. Anderseits wurde der Durchbruchpuls bezüglich der Pulslänge und der Feldstärke den Anforderungen für die Elektrofusion der relativ kleinen Protoplasten angepasst. In Folge dessen war es möglich, ein Protokoll zur Herstellung von Riesenzellen aus Pichia pastoris Protoplasten zu erstellen. Diese Erkenntnisse sind besonders interessant, da der Einsatz von Riesenzellen die Erforschung der aktiven elektrischen Eigenschaften von Zellmembranen durch kombinierte Anwendung intrazellulärer Mikroelektroden mit etablierten elektrophysiologischen Techniken ermöglicht. Als Beispiele seien hier „current-„ und „voltage-clamp“, „patch clamp“ sowie die Ladungspulsmethode genannt. Die erhebliche Vergrößerung der Membranoberfläche bei Riesenzellen führt zu einer Erhöhung der Gesamtzahl von Membranproteinen wie beispielsweise Transmembrankanäle. Daher kann erwartet werden, dass kanalvermittelte Signale deutlich stärker ausfallen und ihre Untersuchungen erleichtert werden. Die komplexen Ergebnisse der Elektrorotation von vakuolisierten BY-2 Protoplasten konnten sehr genau mit Hilfe des Dreischalenmodells erklärt werden, welches die Struktur der pflanzlichen Zellen, insbesondere die zwei seriell geschalteten Kapazitäten des Plasmalemmas und des Tonoplasten, berücksichtigt. Die Anwendung dieses Modells erlaubte eine getrennte Berechnung der Potentialprofile über das Plasmalemma (Up) und den Tonoplasten (Ut), welche durch einen kurzen Gleichstrompuls induziert wurden. Anhand dieser Potentialprofile war es möglich, die Abhängigkeit des Ca2+-Einstromes in das Cytoplasma aus der Vakuole oder dem extrazellulären Raum vom applizierten elektrischen Feld und der externen Leitfähigkeit zu erklären. Es konnte außerdem gezeigt werden, dass die Aufladung des Plasmalemmas und des Tonoplasten und daraus folgend der elektrischen Membrandurchbruch der jeweiligen Membran stark von der externen Leitfähigkeit abhängen. Die Tatsache, dass elektrische Pulssequenzen von niedriger Intensität einen erhebliche Anstieg der cytosolischen Ca2+-Konzentration bewirken können und sich durch Modulation ihrer Amplitude reizspezifische Ca2+-Signaturen simulieren lassen, eröffnet eine schonende Möglichkeit zur Untersuchung von Veränderungen des cytosolischen Ca2+-Spiegels unabhängig von persistierenden exogenen Stimuli. Da Ca2+ in Pflanzen ein wichtiger „second messenger“ ist, bieten sich elektrische Felder als neues wirksames Werkzeug zur Kontrolle zellinterne Signalwege für die Grundlagenforschung sowie für Anwendungen in der Biotechnologie, wie beispielsweise Elektrotransfektion und -fusion, an. Als wichtige Konsequenz kann aus den hier gewonnen Erkenntnissen gezogen werden, dass Behandlungen pflanzlicher Zellen mit elektrischen Feldern in niedrig leitende Medien durchgeführt werden, um eine minimale Freisetzung von Ca2+ und anderen Inhaltstoffen aus der Vakuole zu gewährleisten.
N2  - In this study fundamental findings could be obtained about the effects of electrical fields on membranes of eukaryotic cells. This knowledge enabled a detailed clarification of the mechanisms of Electropermeabilization and Electrofusion. This was achieved by the dielectric analysis of protoplasts obtained from plants and yeast based on the Electrorotation method. With this method the electrical characteristics of Pichia pastoris protoplasts like the area-specific membrane capacity and the internal conductivity were determined. The knowledge of these cell characteristics on the one hand helped to adjust the collecting field with regard to its field strength and frequency. Thus an optimal contact of the cell membranes was enabled during the fusion and disturbing influences, as for example the multi-cell rotation, were minimized. On the other hand the breakdown pulse was adapted to the requirements for the Electrofusion of the relatively small protoplasts concerning the pulse length and the field strength. In consequence it was possible to elaborate a protocol for the production of giant cells from protoplasts of Pichia pastoris. These findings are particularly interesting, since the use of giant cells allows the study of the active electrical characteristics of cell membranes by combination of intracellular microelectrodes with established electrophysiological techniques like current and voltage clamp, patch clamp as well as the charge-pulse method. The substantial enlargement of the membrane surface of giant cells leads to an increase of the total number of membrane proteins as for example transmembrane channels. So it can be expected that channel-mediated signals occur more strongly and their investigations are facilitated. The complex results of the Electrorotation of vacuolated BY-2 protoplasts could be explained very accurately with the help of the three-shell model. This model regards the structure of the plant cells, in particular the two serially connected capacities of the plasmalemma and the tonoplast. The application of this model permitted a separate calculation of the potential profiles induced by a short direct current pulse over the plasmalemma (Up) and the tonoplast (Ut). Based on these potential profiles it was possible to explain the dependency of the Ca2+ fluxes into the cytoplasma out of the vacuole or the extracellular media on the applied electrical field and the external conductivity. In addition it could be shown that the charging of the plasmalemma and the tonoplast and thereby the electrical breakdown of the respective membranes strongly depend on the external conductivity. Electrical pulse sequences of low intensity resulted in a substantial rise of the cytosolic Ca2+-concentration and the modulation of the pulse amplitude enabled the simulation of stimulus-specific Ca2+-signatures. These observations disclose an effective and gentle method for the investigation of changes of cytosolic Ca2+ which is independent of persisting exogenous stimuli. Since Ca2+ is an important second messenger in plants, electrical fields present themselves as new effective tools to study cellular signal pathways for the basic research as well as for applications in the biotechnology, as for example to Electrotransfection and Electrofusion. In consequence these findings show that treatment of plant cells with electric fields have to be performed in low conductive media in order to ensure a minimum release of Ca2+ and other contents from the vacuole.
KW  - Elektrofusion
KW  - Calcium
KW  - Calciumfreisetzung
KW  - Tabak
KW  - Pichia pastoris
KW  - Elektroporation
KW  - Electrofusion
KW  - Electropermeabilization
KW  - Calcium
KW  - Tobacco
KW  - Pichia pastoris
Y1  - 2008
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-29647
ER  - 
TY  - THES
A1  - Völler, Thomas
T1  - Visualisierung und Manipulation neuronaler Aktivitäten im Gehirn von Drosophila melanogaster
T1  - Visualization and manipulation of neuronal activity in the brain of Drosophila melanogaster
N2  - In dieser Arbeit wurden zwei Techniken zur Analyse der Funktion diverser Neuronen in Drosophila melanogaster angewendet. Im ersten Teil wurde mittels in-vivo Calcium Imaging Technik unter Verwendung des Calciumsensors Cameleon neuronale Aktivität entlang des olfaktorischen Signalweges registriert. Hierbei wurde die neuronale Repräsentation der Duftidentität und der Duftintensität untersucht. In Bezug auf diese Fragestellung wurde die Datenverarbeitung und Datenanalyse weiterentwickelt und standardisiert. Die Experimente führten zu dem Ergebnis, dass duftspezifische Aktivitätsmuster auf der Ebene des Antennallobus sehr gut unterscheidbar sind. Manche Aktivitätsmuster der präsentierten Düfte zeigten interessanterweise einen hohen Ähnlichkeitsgrad, wohingegen andere unähnlich waren. In höheren Gehirnzentren wie den Orten der terminalen Aborisationen der Projektionsneurone oder den Pilzkörper Kenyonzellen liegt eine starke Variabilität der duftevozierten Aktivitätsmuster vor, was generelle Interpretationen unmöglich macht und höchstens Vergleiche innerhalb eines Individuums zulässt. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass die Calciumsignale in den Rezeptorneuronen sowie prä- und postsynaptisch in den Projektionsneuronen bei Erhöhung der Konzentration der verschiedenen präsentierten Düfte über einen Bereich von mindestens drei Größenordnungen ansteigen. In den Kenyonzellen des Pilzkörper-Calyx und der Pilzkörper-Loben ist diese Konzentrationsabhängigkeit weniger deutlich ausgeprägt und im Falle der Loben nur für bestimmte Düfte detektierbar. Eine Bestätigung des postulierten „sparsed code“ der Duftpräsentation in den Pilzkörpern konnte in dieser Arbeit nicht erbracht werden, was möglicherweise daran liegt, dass eine Einzelzellauflösung mit der verwendeten Technik nicht erreicht werden kann. Im zweiten Teil dieser Arbeit sollte durch die Nutzung des lichtabhängigen Kationenkanals Channelrhodopsin-2 der Frage nachgegangen werden, ob bestimmte modulatorische Neurone die verstärkenden Eigenschaften eines bestrafenden oder belohnenden Stimulus vermitteln. Die lichtinduzierte Aktivierung von Channelrhodopsin-2 exprimierenden dopaminergen Neuronen als Ersatz für einen aversiven Reiz führte bei einer olfaktorischen Konditionierung bei Larven zur Bildung eines aversiven assoziativen Gedächtnisses. Im Gegensatz dazu induzierte die Aktivierung von Channelrhodopsin-2 in oktopaminergen/tyraminergen Neuronen als Ersatz für einen appetitiven Reiz ein appetitives assoziatives Gedächtnis. Diese Ergebnisse zeigen, dass dopaminerge Neurone bei Larven aversives Duftlernen, oktopaminerge/tyraminerge Neurone dagegen appetitives Duftlernen induzieren.
N2  - In this work two different techniques were used to determine the functions of various neurons in the brain of Drosophila melanogaster. First, by using in vivo calcium imaging and the calcium indicator cameleon odor-evoked neuronal activity was monitored along the olfactory pathway. How are odor identity and odor intensity represented in the fruit fly brain? To investigate this question we improved and standardized the data processing and data analysis. The experiments reveal that calcium activity patterns elicited by different odors are distinguishable in the antennal lobe. Interestingly, the patterns evoked by some odors show a high degree of similarity whereas those of other odors show less similarity in this analyzed neuropile. In higher brain centers like the region of the terminal aborizations of the projection neurons and the mushroom body Kenyon cells the odor evoked activity patterns are highly variable allowing no general interpretations but only comparison of patterns within fruit flies. Furthermore this work demonstrates an odor concentration dependent activity in the olfactory receptor neurons as well as pre- and postsynaptically in the projection neurons. In the Kenyon cells of the mushroom body calyx this concentration dependency is less clear and in the mushroom body lobes it seems that there is a concentration dependency only for specific odors. So far we have no evidence for the postulated so called “sparsed code” of odor representation in the mushroom body which might be due to limited resolution of the technique used in this work. In the second part of my work we used the light-dependent cation channel channelrhodopsin-2 and asked the question whether specific modulatory neurons mediate the reinforcing properties of a rewarding or punishing stimulus. Light-induced activation of dopaminergic neurons expressing channelrhodopsin-2 caused aversive associative memory formation in an aversiv olfactory conditioning paradigm for Drosophila larvae. Conversely, the artificial activation of octopaminergic/tyraminergic neurons by channelrhodopsin-2 induced appetitive associative memory. The conclusion is that dopaminergic neurons trigger aversive odor learning whereas octopaminergic/tyraminergic neurons trigger appetitive odor learning.
KW  - Taufliege
KW  - Calcium
KW  - Calciumkonzentration
KW  - Calcium-bindende Proteine
KW  - Klassische Konditionierung
KW  - Drosophila
KW  - in-vivo Calcium-Imaging
KW  - Cameleon
KW  - Channelrhodopsin
KW  - Light-activation
Y1  - 2009
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-35589
ER  -