TY  - THES
A1  - Andlauer, Till Felix Malte
T1  - Structural and Functional Diversity of Synapses in the Drosophila CNS
T1  - Strukturelle und funktionale Diversität von Synapsen im ZNS von Drosophila
N2  - Large-scale anatomical and functional analyses of the connectivity in both invertebrate and mammalian brains have gained intense attention in recent years. At the same time, the understanding of synapses on a molecular level still lacks behind. We have only begun to unravel the basic mechanisms of how the most important synaptic proteins regulate release and reception of neurotransmitter molecules, as well as changes of synaptic strength. Furthermore, little is known regarding the stoichiometry of presynaptic proteins at different synapses within an organism. An assessment of these characteristics would certainly promote our comprehension of the properties of different synapse types. Presynaptic proteins directly influence, for example, the probability of neurotransmitter release as well as mechanisms for short-term plasticity. We have examined the strength of expression of several presynaptic proteins at different synapse types in the central nervous system of Drosophila melanogaster using immunohistochemistry. Clear differences in the relative abundances of the proteins were obvious on different levels: variations in staining intensities appeared from the neuropil to the synaptic level. In order to quantify these differences, we have developed a ratiometric analysis of antibody stainings. By application of this ratiometric method, we could assign average ratios of presynaptic proteins to different synapse populations in two central relays of the olfactory pathway. In this manner, synapse types could be characterized by distinct fingerprints of presynaptic protein ratios. Subsequently, we used the method for the analysis of aberrant situations: we reduced levels of Bruchpilot, a major presynaptic protein, and ablated different synapse or cell types. Evoked changes of ratio fingerprints were proportional to the modifications we had induced in the system. Thus, such ratio signatures are well suited for the characterization of synapses. In order to contribute to our understanding of both the molecular composition and the function of synapses, we also characterized a novel synaptic protein. This protein, Drep-2, is a member of the Dff family of regulators of apoptosis. We generated drep-2 mutants, which did not show an obvious misregulation of apoptosis. By contrast, Drep-2 was found to be a neuronal protein, highly enriched for example at postsynaptic receptor fields of the input synapses of the major learning centre of insects, the mushroom bodies. Flies mutant for drep-2 were viable but lived shorter than wildtypes. Basic synaptic transmission at both peripheral and central synapses was in normal ranges. However, drep-2 mutants showed a number of deficiencies in adaptive behaviours: adult flies were locomotor hyperactive and hypersensitive towards ethanol-induced sedation. Moreover, the mutant animals were heavily impaired in associative learning. In aversive olfactory conditioning, drep-2 mutants formed neither short-term nor anaesthesia-sensitive memories. We could demonstrate that Drep-2 is required in mushroom body intrinsic neurons for normal olfactory learning. Furthermore, odour-evoked calcium transients in these neurons, a prerequisite for learning, were reduced in drep-2 mutants. The impairment of the mutants in olfactory learning could be fully rescued by pharmacological application of an agonist to metabotropic glutamate receptors (mGluRs). Quantitative mass spectrometry of Drep-2 complexes revealed that the protein is associated with a large number of translational repressors, among them the fragile X mental retardation protein FMRP. FMRP inhibits mGluR-mediated protein synthesis. Lack of this protein causes the fragile X syndrome, which constitutes the most frequent monogenic cause of autism. Examination of the performance of drep-2 mutants in courtship conditioning showed that the animals were deficient in both short- and long-term memory. Drep-2 mutants share these phenotypes with fmrp and mGluR mutants. Interestingly, drep-2; fmrp double mutants exhibited normal memory. Thus, we propose a model in which Drep-2 antagonizes FMRP in the regulation of mGluR-dependent protein synthesis. Our hypothesis is supported by the observation that impairments in synaptic plasticity can arise if mGluR signalling is imbalanced in either direction. We suggest that Drep-2 helps in establishing this balance.
N2  - Umfangreiche anatomische und funktionelle Analysen der Konnektivität in Gehirnen von Wirbellosen und Säugern haben in den letzten Jahren große Aufmerksamkeit erhalten. Gleichzeitig ist unser Verständnis von Synapsen auf molekularer Ebene jedoch noch unvollständig. Wir haben erst damit begonnen, die grundlegenden Mechanismen zu entschlüsseln, nach denen die wichtigsten synaptischen Proteine die Ausschüttung und Erkennung von Neurotransmittern sowie Veränderungen der Stärke von Synapsen regulieren. Darüber hinaus ist auch über die Stöchiometrie präsynaptischer Proteine an verschiedenen Synapsen noch wenig bekannt. Eine Untersuchung dieser Eigenschaften würde zum besseren Verständnis der Merkmale verschiedener Synapsentypen beitragen. Präsynaptische Proteine beeinflussen zum Beispiel die Wahrscheinlichkeit der Ausschüttung von Neurotransmittern sowie Mechanismen zur Erzeugung von Kurzzeit-Plastizität. Wir haben die Expressionsstärke mehrerer präsynaptischer Proteine an verschiedenen Synapsentypen des Zentralnervensystems von Drosophila melanogaster mittels Immunhistochemie untersucht. Auf mehreren Ebenen waren deutliche Unterschiede in der relativen Anreicherung der Proteine offensichtlich: Färbungsintensitäten variierten von der Neuropilebene bis zum einzelnen Synapsentyp. Um diese Unterschiede zu quantifizieren, haben wir eine ratiometrische Analyse von Antikörperfärbungen entwickelt. Mit dieser Methode war es möglich, verschiedenen Synapsenpopulationen zweier Schaltstellen der Riechbahn durchschnittliche Ratios präsynaptischer Proteine zuzuweisen. Synapsentypen konnten durch eindeutige Fingerabdrücke präsynaptischer Proteinratios charakterisiert werden. So gelang es uns, die Auswirkungen einer Verringerung der Menge des wichtigen präsynaptischen Proteins Bruchpilot sowie der Entfernung verschiedener Synapsen- und Zelltypen zu untersuchen. Die in diesen Situationen hervorgerufenen Veränderungen der Ratio-Fingerabdrücke entsprachen den von uns im System erzeugten Abweichungen. Ratios präsynaptischer Proteine eignen sich daher gut dafür, Synapsentypen zu charakterisieren. Um unser Verständnis von sowohl der molekularen Zusammensetzung als auch der Funktion von Synapsen zu verbessern, haben wir außerdem das neue synaptische Protein Drep-2 charakterisiert. Drep-2 gehört zu den Dff-Proteinen, einer Familie von Apoptoseregulatoren. Wir haben drep-2 Mutanten erzeugt, bei denen Zelltod jedoch nicht fehlreguliert erschien. Stattdessen stellte sich Drep-2 als neuronales Protein heraus, angereichert zum Beispiel postsynaptisch an Eingangssynapsen der Pilzkörper, den Lernzentren von Insekten. Fliegen, denen das Gen drep-2 fehlte, waren lebensfähig, lebten jedoch kürzer. Die basale Übertragung an peripheren und zentralen Synapsen erschien unverändert. Die Mutanten zeigten jedoch Ausfälle in verschiedenen adaptiven Verhaltensweisen: Die Fliegen waren hyperaktiv in ihrer Bewegung sowie hypersensibel gegenüber Ethanol. Zudem zeigten die Tiere ein stark eingeschränktes assoziatives Lernvermögen. In aversivem Geruchslernen konnten die Mutanten weder Kurz- noch Mittelzeiterinnerungen bilden. Wir konnten nachweisen, dass Drep-2 für normales Geruchslernen in Pilzköper-intrinsischen Neuronen benötigt wird. Außerdem waren bei den Mutanten in diesen Neuronen durch Gerüche hervorgerufene Kalziumsignale, eine Voraussetzung für Lernen, reduziert. Die Lerneinschränkungen der Mutanten konnten durch Gabe eines pharmakologischen Agonisten metabotroper Glutamatrezeptoren (mGluR) vollständig behoben werden. Quantitative Massenspektrometrie von Drep-2-Komplexen zeigte, dass das Protein mit einer großen Anzahl von Translationsrepressoren assoziiert ist. Unter diesen befand sich das Fragile X Protein FMRP. FMRP inhibiert mGluR-vermittelte Proteinsynthese. Ein Mangel an FMRP erzeugt das Fragile X Syndrom, die häufigste monogenetische Ursache für Autismus. Bei Balzkonditionierung konnten drep-2 Mutanten weder Kurz- noch Langzeiterinnerungen speichern. Diesen Phänotyp haben sie mit fmrp- und mGluR-Mutanten gemeinsam. Drep-2; fmrp Doppelmutanten hatten jedoch ein normales Gedächtnis. Wir gehen daher davon aus, dass Drep-2 FMRP bei der Regulierung von mGluR-abhängiger Translation entgegenwirkt. Die Beobachtung, dass synaptische Plastizität gestört sein kann, wenn mGluR-Signalwege unausgewogen sind, stärkt diese Hypothese. Wir nehmen an, dass Drep-2 dazu beiträgt, von mGluR erzeugte Signale zu balancieren.
KW  - Taufliege
KW  - Neurobiologie
KW  - Zentralnervensystem
KW  - Synapse
KW  - Molekulare Marker
KW  - Aktive Zone
KW  - Lernen und Gedächtnis
KW  - Pilzkörper
KW  - Fragiles X Syndrom
KW  - Active zone
KW  - Learning and memory
KW  - Mushroom body
KW  - Conditioning
KW  - Metabotropic glutamate receptor
KW  - Neurogenetik
KW  - Drosophila
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-85018
ER  - 
TY  - THES
A1  - Aso, Yoshinori
T1  - Dissecting the neuronal circuit for olfactory learning in Drosophila
T1  - Die neuronale Schaltung für olfaktorisches Lernen in Drosophila
N2  - This thesis consists of three major chapters, each of which has been separately published or under the process for publication. The first chapter is about anatomical characterization of the mushroom body of adult Drosophila melanogaster. The mushroom body is the center for olfactory learning and many other functions in the insect brains. The functions of the mushroom body have been studied by utilizing the GAL4/UAS gene expression system. The present study characterized the expression patterns of the commonly used GAL4 drivers for the mushroom body intrinsic neurons, Kenyon cells. Thereby, we revealed the numerical composition of the different types of Kenyon cells and found one subtype of the Kenyon cells that have not been described. The second and third chapters together demonstrate that the multiple types of dopaminergic neurons mediate the aversive reinforcement signals to the mushroom body. They induce the parallel memory traces that constitute the different temporal domains of the aversive odor memory. In prior to these chapters, “General introduction and discussion” section reviews and discuss about the current understanding of neuronal circuit for olfactory learning in Drosophila.
N2  - Diese Dissertation umfasst drei Kapitel. Das erste Kapitel handelt von der anatomischen Charakterisierung des Pilzkörpers in adulten Drosophila melanogaster. Der Pilzkörper ist das Zentrum für olfaktorisches Lernen und viele andere Funktionen im Insektengehirn. Diese wurden mit Hilfe des GAL4/UAS Genexpressionssystems untersucht. Die vorliegende Arbeit charakterisiert die Expressionsmuster der gewöhnlich verwendeten GAL4 Treiberlinien für die Pilzkörperintrinsischen Neurone, den Kenyonzellen. Dabei zeigten ich die zahlenmäßige Zusammensetzung der unterschiedlichen Kenyonzelltypen und fanden einen Kenyonzellsubtyp, welcher bisher noch nicht beschrieben wurde. Das zweite und dritte Kapitel zeigen, dass verschiedene Typen dopaminerger Neurone aversive Verstärkungssignale (Unkonditionierte Stimuli) zum Pilzkörper übermitteln. Sie induzieren parallele Gedächtnisspuren, welche den unterschiedlichen zeitlichen Komponenten von aversivem Duftgedächtnis zugrunde liegen. Vor diesen Kapiteln enthält der Abschnitt „General introduction and discussion” einen Überblick und eine Diskussion über das derzeitige Verständnis des neuronalen Netzwerks, welches olfaktorischem Lernen in Drosophila zugrunde liegt.
KW  - Taufliege
KW  - Geruchswahrnehmung
KW  - Lernverhalten
KW  - Pilzkörper
KW  - olfaktorisches Lernen
KW  - Drosophila
KW  - olfactory learning
KW  - Drosophila
KW  - mushroom body
KW  - Dopamine
Y1  - 2010
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-55483
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TY  - THES
A1  - Batsching, Sophie Johanna
T1  - Behavior under uncontrollable stress in \(Drosophila\)  \(melanogaster\) - Learned Helplessness revisited
T1  - Verhalten unter nicht kontrollierbarem Stress - Neubetrachtung der Erlernten Hilflosigkeit bei \(Drosophila\)  \(melanogaster\)
N2  - In order to select the appropriate behavior, it is important to choose the right behavior at the right time out of many options. It still remains unclear nowadays how exactly this is managed. To address this question, I expose flies (Drosophila melanogaster) to uncontrollable stress to study their behavior under restrictive circumstances by using the so-called shock box. Exposing animals to uncontrollable stress may have an impact on subsequent behavior and can last for some time. The animal learns that whatever it does, it cannot change the situation and therefore can develop something called learned helplessness. The term was first conceptualized by two American psychologists Maier and Seligman (1967), who discovered this phenomenon while doing experiments with dogs. They found out that dogs which are exposed to inescapable stress, later fail in a learning task (‘shuttle box’).
In this work the walking patterns of three different types of experimental flies, walking in a small dark chamber, were evaluated. Using the triadic design (Seligman and Maier, 1967), flies were either exposed to electric shock randomly (yoked), could turn it off by being active (master) or did not receive punishment at all (control). Master flies were shocked whenever they sat for more than 0.9 seconds. At the same time yoked flies received a shock as well independent of what they were doing, to ensure the same amount of shocks received and to create random punishment pattern for the yoked group. With this so-called no-idleness paradigm flies were conditioned either 10 minutes, which resulted in a short (3 minutes) after-effect, or 20 minutes that turned out to be more stable (10 minutes).
In a second part, the behavior during the 20 minute conditioning and a 10 minutes post-test was described in detail. Female flies of the yoked group developed lower activity levels, longer pauses and walked more slowly than master and control flies during conditioning. In the time after the shocks while still in the box, the yoked flies also reduced the frequency and duration of walking bouts as well as their walking speed. Additionally, they took more time to resume walking after the onset of an electric shock than master flies (escape latency) and turned out to make less pauses lasting between 1-1.5 seconds which supports the finding concerning the escape latency. 
Male flies, tested under the same conditions, showed a slightly weaker after-effect regarding the difference between master and yoked during conditioning and post-test when compared to female flies.
When comparing the 20 minutes conditioning with subsequent 10 minutes test in the heat and the shock box in parallel, one finds the same effect: Flies which do not have control over the shocks, lower their activity, make less but longer pauses and walk more slowly than their respective master flies. Despite the similar effect of heat and shock on the flies, some differences between the devices occurred, which can partly be explained by different humidity conditions as well as by different surfaces within the chambers.
When the control over the shocks is given back to the yoked flies, it takes them about seven minutes to realize it. One could also show that dopamine levels in the brain were reduced in comparison to flies which did not receive shocks. Yoked flies also were impaired in a place learning task (place learning) and their reaction to light (exit from the box towards the light) directly after conditioning.
After characterizing the walking behavior in the chambers, the study deals with the question whether the effects observed in the chambers transfer to different environments. 
In free walk they only differed from flies which did not receive electric shocks and no effect of uncontrollability was transferred to courtship behavior. Handling as the cause could be excluded. Since handling could be exclude to be the cause of losing the effect, I assumed that the behavior shown in the boxes are context depend. 
Not only were the after-effects of inescapable shock subject of the current research also the impact of the rearing situation on the response to electric shock was investigated in the present study. Flies which grew up in a single-reared situation turned out to be less affected by inescapable stress in both sexes.
In the next part, the first steps to unravel the neuronal underpinning were taken. A mutant – fumin – which is defective in the dopamine re-uptake transporter showed less reaction to inescapable foot shocks, while a mutant for the gene which encodes an adenylate cyclase (rutabaga2080) resulted in a good score during conditioning, but showed no stable after-effect. Downregulating the expression of the adenylate cyclase gene (rutabaga) in different parts of the mushroom bodies showed, that rutabaga is necessary in the α’β’-lobes for expressing the differences between master and yoked flies in the no-idleness paradigm. The study further confirmed previous findings, that rutabaga is needed in operant but not in classical conditioning.
As a result, the study could show that not the stimulus itself causes the state of uncontrollability but the fact that the fly learned that it was not in control of the stimulus. This state turned out to be context and time dependent.
N2  - Eine wichtige Aufgabe für ein Tier ist es, das passende Verhalten zur richtigen Zeit zu wählen. Heutzutage ist immer noch unklar, wie dieser Prozess exakt abläuft. Zur Untersuchung dieser Frage werden Fliegen (Drosophila melanogaster) in der so genannten Schockbox unkontrollierbarem Stress ausgesetzt um auf diesem Weg Verhaltenskontrolle unter stressigen und stark restriktiven Umständen untersuchen zu können. Wenn Tiere unkontrollierbarem Stress ausgesetzt sind, kann dieser Zustand sowohl langanhaltend sein als auch Einfluss auf das Folgeverhalten haben. Das Tier lernt, dass alle Aktivitäten, die es in dieser Situation unternimmt keinen Einfluss auf die Situation haben. Dadurch kann das Tier einen Zustand der sogenannten Erlernten Hilflosigkeit entwickeln. Dieser Begriff wurde von zwei amerikanischen Psychologen, Maier und Seligman (1976), geprägt, die dieses Phänomen während Experimenten mit Hunden entdeckten und konzipierten. Sie fanden heraus, dass Hunde, die unkontrollierbarem Stress ausgesetzt waren, an einer anschließend gestellten Lernaufgabe scheiterten (‚shuttle-box‘).
Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist es, das Laufmuster in einer schmalen und kleinen Kammer an drei verschiedenen Versuchsgruppen von Fliegen zu analysieren. Unter Verwendung des sogenannten triadischen Konzepts (Seligman and Maier, 1967) wurden die Fliegen drei unterschiedlichen Situationen ausgesetzt: Zufällige Elektroschocks (Yoked-Gruppe), durch Laufen abschaltbare Elektroschocks (Master-Gruppe) oder keine Bestrafung (Kontroll-Gruppe). Master-Fliegen wurden immer dann geschockt, wenn sie für länger als 0,9 Sekunden saßen. Unabhängig ihres Verhaltens erhielten die Yoked-Fliegen zeitgleich einen Schock um einen zufälligen Bestrafungsreiz zu generieren. Mit diesem so genannten ‚no-idleness‘ (nicht ruhen dürfen) Paradigma wurden die Fliegen entweder zehn Minuten oder 20 Minuten konditioniert. Während eine zehnminütige Konditionierung zu einem kurzen Nacheffekt führte (Nacheffekt von drei Minuten), stellte sich die zwanzigminütige Konditionierung als nachhaltiger heraus (Nacheffekt von zehn Minuten).
In einem zweiten Teil der Arbeit wurde das Verhalten der Fliegen sowohl während der zwanzig Minuten andauernden Konditionierung also auch im nachfolgenden zehnminütigen Test im Detail beschrieben. Während der zwanzigminütigen Konditionierung zeigten weibliche Yoked-Fliegen eine geringere Aktivität, saßen länger und liefen langsamer als Master- oder Kontroll-Fliegen. In der Zeit nach den Schocks, zeigten sie immer noch eine verminderte Lauffrequenz sowie kürzere und langsamere Laufphasen. Zusätzlich benötigten sie länger um nach dem Einsetzten eines Elektroschocks loszulaufen (Flucht-Latenzzeit) und machten weniger Kurzpausen die zwischen 1 bis 1,5 Sekunden lang waren. Dies unterstützt das Ergebnis der verlängerten Flucht-Latenzzeit. 
Männchen, die unter gleichen Bedingungen getestet wurden, wiesen im Vergleich zu weiblichen Fliegen eine leicht abgeschwächte Reaktion bezüglich des Master-Yoked-Unterschieds auf.
Wenn die Konditionierung mit dem anschließenden Test in der Schock- und der Hitzekammer gleichzeitig durchgeführt wurde, resultierte dies in vergleichbaren Ergebnissen: Fliegen, die keine Kontrolle über den Reiz haben, vermindern ihr Aktivitätslevel, sitzen seltener aber länger und laufen langsamer als die dazugehörigen Master-Fliegen. Neben der Tatsache, dass ein ähnlicher Effekt auftritt, weisen die Apparaturen dennoch kleine Unterschiede auf. Diese können zu Teilen mit den unterschiedlichen Luftfeuchtigkeitsniveaus als auch durch die Verschiedenheit der Laufoberfläche der jeweiligen Kammern erklärt werden. 
Wird den Fliegen die Kontrolle über die Schocks zurückgegeben, benötigen sie etwa sieben Minuten um dies zu erkennen. Zudem konnte gezeigt werden, dass die Dopaminkonzentration in den Köpfen, im Vergleich zu Tieren die keine Schocks erhalten haben, vermindert war. Yoked-Fliegen wiesen außerdem unmittelbar nach der Konditionierung Defekte im Ortslernen und in ihrer positiven Reaktion auf Licht auf. 
Nachdem das Laufverhalten innerhalb der Kammern ausführlich charakterisiert wurde, geht diese Studie darauf ein, ob die Effekte, die in den Kammern gemessen wurden, auch in anderen Umgebungen zu beobachten sind. 
Im freien Lauf unterschieden sie sich lediglich von Fliegen, die keine Schocks erhalten hatten und es sind keine Auswirkungen durch Kontrollverlust im Paarungsverhalten festzustellen. Da die Handhabung der Tiere als Grund für den Verlust des Nacheffektes ausgeschlossen werden konnte, lässt sich schlussfolgern, dass das Verhalten das in den Kammern gemessen wurde, kontextabhängig ist. 
Zusätzlich zur Untersuchung der Auswirkungen unausweichlichen Stresses, wurde der Einfluss, der Aufzuchtbedingungen auf die Stress-Antwort in der vorliegenden Studie untersucht. Fliegen, die einzeln aufgezogen wurden, weisen bei beiden Geschlechtern eine verminderte Antwort auf Stress auf.
Im darauffolgenden Abschnitt wurden erste Schritte unternommen, um die neuronalen Grundlagen der Erlernten Hilflosigkeit zu untersuchen. Eine Mutante – fumin – die ein defektes Wiederaufnahmetransporter-Gen für Dopamin besitzt, wies eine verminderte Stressantwort auf. Während eine Mutante des Adenylatzyklasegens (rutabaga2080) normale Ergebnisse während der Konditionierung aufzeigten, war im Post-test kein signifikanter Nacheffekt messbar. Das Herunterregulieren des Adenylatcyclasengens (rutabaga), in verschiedenen Teilen der Pilzkörper, zeigte dass die Expression von rutabaga in den α’β’-Loben für die Entwicklung der Erlernten Hilflosigkeit im no-idleness Paradigma benötigt wird. Zudem konnten vorangegangene Studien bestätigt werden, die rutabaga eine Rolle im operanten Lernen jedoch nicht im klassischen Lernen zuordnen.
Als Fazit zeigt die Studie, dass nicht der Stressor selbst, sondern die Unkontrollierbarkeit des Stressors der Grund für die Entwicklung der Erlernten Hilflosigkeit darstellt und das Phänomen, innerhalb der hier gewählten Zeitspanne (20 Minuten Stress), kontextabhängig zu sein scheint.
KW  - Taufliege
KW  - Stress
KW  - Verhalten
KW  - Gelernte Hilflosigkeit
KW  - Erlernte Hilflosigkeit
KW  - Learned Helplessness
KW  - Behavior
KW  - Drosophila melanogaster
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-145416
ER  - 
TY  - THES
A1  - Bausenwein, Burkhard
T1  - Funktionelle Charakterisierung von Daughter of Sevenless
T1  - Functional characterisation of Daughter of Sevenless
N2  - Ein Weg, der von Rezeptor-Tyrosin-Kinasen benutzt wird um Signale auf "downstream" gelegene Effektormoleküle zu übertragen, erfolgt über Adaptorproteine, die Bindungsstellen für verschiedene Proteine zur Verfügung stellen. Das daughter of sevenless (dos) Gen wurde in einem Screen nach Downstream-Komponenten der Sevenless (Sev) Rezeptor-Tyrosin-Kinase gefunden. Dos besitzt eine N-terminale PH-Domäne und mehrere Tyrosinreste in Konsensussequenzen für SH2-Domänen Bindungsstellen von verschiedenen Proteinen. Die strukturellen Merkmale von Dos und Experimente, die zeigten, daß Tyrosine im Dos Protein nach der Aktivierung von Sev phosphoryliert werden, legen den Schluß nahe, daß Dos zur Familie der Multi-Adaptor-Proteine gehört. Zu dieser Familie werden die Insulin-Rezeptor-Substrat (IRS) Proteine, Gab1 und Gab2 gerechnet. In dieser Arbeit wurde ein monoklonaler Maus anti-Dos Antikörper etabliert. Das Epitop dieses Antikörpers liegt im Bereich der C-terminalen 416 Aminosäuren des Dos Proteins. Mittels Westernblot Analysen wurde für Dos ein Molekulargewicht von 115 kD ermittelt. Antikörperfärbungen von wildtypischen Augenimaginalscheiben dritter Larven zeigten, daß das Dos Protein in Zellen in und posterior der morphogenetischen Furche exprimiert wird und in diesen Zellen apikal lokalisiert ist. Zur Charakterisierung des homozygot letalen dosR31 Allels, wurde der genomische Bereich sequenziert und die erhaltenen Daten mit der cDNA Sequenz verglichen. Die so etablierte Aminosäuresequenz für das DosR31 Protein hat sechs Aminosäuresubstitutionen, die möglicherweise die Tertiärstruktur beeinflussen. Zusätzlich wurde ein Stopcodon in Position 463 der Aminosäuresequenz gefunden. Bei dosR31 handelt es sich um ein "loss of function" Allel, das nicht in der Lage ist, die normale Dos Funktion zu erfüllen. Um die funktionelle Rolle der potentiellen SH2-Domänen Bindungsstellen für die Dos Funktion in der Rezeptor-Tyrosin-Kinasen vermittelten Signaltransduktion zu untersuchen, wurden mutierte dos Transgene in Fliegen exprimiert. Die potentiellen Bindungsstellen für die SH2-Domänen des SH2/SH3 Adaptorproteins Shc, der PhospholipaseC-g (PLCg), der regulatorische Untereinheit der Phosphatidylinositol-3-Kinase (PI3Kinase) und der Corkscrew (Csw) Tyrosin Phosphatase wurden durch den Austausch des für die Bindung wichtigen Tyrosins gegen ein Phenylalanin mutiert. Die ektopische Expression der mutierten Konstrukte ohne Bindungsstellen für die Shc, PLCg und PI3Kinasen SH2-Domänen konnte in Abwesenheit von endogenem Dos die fehlende Dos Funktion während der Entwicklung vollständig ersetzen. Im Gegensatz dazu ist das Tyrosin 801 als nachgewiesene Bindungsstelle für Csw SH2-Domänen essentiell für die Funktion von Dos. Ektopische Expression von Transgene durch Hitzeschock kann zu phänotypischen Effekten führen, die nicht auf das Transgen zurückzuführen sind. Um dieses Problem zu umgehen wurde das endogene dos Enhancer/Promotor Element kloniert, damit die Funktion von mutierten Transgenen auch im endogenen Expressionsmuster untersucht werden konnte. Das klonierte genE-dos Minigen war in der Lage, den Verlust von endogenem Dos in dosR31 und dosP115 Tieren vollständig zu ersetzen und zeigte eine völlig wildtypische Expression in Augenimaginalscheiben. Zur Untersuchung, welche Rolle die mutierten SH2-Domänen Bindungsstellen bei der Dos Funktion in der Augenentwicklung spielen, wurde ein neues in vivo Testsystem basierend auf der Flp/FRT Flipase Rekombinase Technik etabliert. Dieses klonale Testsystem erlaubt die Expression mutierter Transgene unter der Kontrolle der dos Enhancer/Promotor Sequenzen in Klonen von Zellen, denen die endogene Dos Funktion fehlt. Die klonale Analyse der mutierten Konstrukte konnte zeigen, daß das Tyrosin 801, als Bindungsstelle für eine Csw SH2-Domäne, eine essentielle Rolle für die Dos Funktion spielt. Die Tyrosinreste in den potentiellen SH2-Domänen Bindungsstellen für Shc, PLCg und PI3Kinase spielen hingegen keine essentielle Rolle für die Dos Funktion bei der Augenentwicklung. Das etablierte klonale Testsystem kann allgemein zur Untersuchung der in vivo Funktion von potentiellen Protein-Protein Interaktionsregionen im Dos Protein bei der Augenentwicklung eingesetzt werden unabhängig von deren Erfordernis für andere Entwicklungsprozesse.
N2  - One mechanism used by receptor tyrosine kinases to relay a signal to different downstream effector molecules is to use adaptor proteins that provide docking sites for a variety of proteins. The daughter of sevenless (dos) gene was isolated in a genetic screen for components acting downstream of the Sevenless (Sev) receptor tyrosine kinase. Dos contains a N-terminally located PH domain and several tyrosine residues within consensus binding sites for a number of SH2 domain containing proteins. The structural features of Dos and experiments demonstrating tyrosine phosphorylation of Dos upon Sev activation suggested that Dos belongs to the family of multisite adaptor proteins that include the Insulin Receptor Substrate (IRS) proteins, Gab1, and Gab2. In this work, a monoclonal mouse anti-Dos antibody was generated. The epitope of this antibody lies within the C-terminal 416 amino acids of the Dos Protein. Western Blot analyses of the Dos protein revealed a molecular mass of 115 kD. The staining of eye imaginal discs from wildtype third instar larvae with the monoclonal antibody showed that the Dos protein is expressed in cells in and posterior to the morphogenetic furrow. In this cells Dos localizes to the apical region. For the molecular characterisation of the homozygous lethal dosR31 allele, genomic sequence analysis were performed and the sequences compared to the dos cDNA sequence. The established amino acid sequence of the DosR31 protein showed six amino acid substitutions that potentially influence the tertiary structure of the protein. In addition, a stop codon in position 463 of the amino acid sequence was found. These results confirm that dosR31 is a loss-of-function allele which does not provide normal Dos function. To study the functional requirements of the potential SH2 domain binding sites for the Dos function in receptor tyrosine kinase mediated signaling processes, mutated dos transgenes were expressed in flies. The putative binding sites for the SH2 domains of the SH2/SH3 adaptor protein Shc, PhospholipaseC-g (PLCg), the regulatory subunit of Phosphatidylinositol-3-kinase (PI3kinase) and the Corkscrew (Csw) tyrosine phosphatase were mutated by changing the invariant tyrosine within the consensus sites into phenylalanine. Ectopic expression of the mutated constructs lacking the binding sites for the Shc, PLCg, and PI3kinase SH2 domains can substitute the loss of endogenous Dos function during development. In contrast, tyrosine 801, corresponding to a Corkscrew (Csw) SH2 domain binding site, is essential for Dos function. Ectopic expression of transgenes upon heat shock induction may lead to phenotypic effects not caused by the transgene. To circumvent this problem, the endogenous dos enhancer/promotor element was cloned to study the function of the mutated transgenes expressed in a wildtype pattern. The cloned genE-dos minigene was able to fully substitute the loss of endogenous Dos function in dosR31 and dosP115 animals and shows wildtype like expression in eye imaginal discs. To study the role of the mutated SH2 domain binding sites for Dos function in eye development, a new in vivo test system based on the Flp/FRT flipase recombinase system was established. This clonal assay system allows the expression of the mutated transgenes under the control of the dos enhancer/promotor in clones of cells lacking endogenous Dos function. Expression of mutated transgenes in clones of cells lacking endogenous Dos function provided evidence that tyrosine residue Y801 that has been shown to bind a Csw SH2 domain is critical for Dos function. The tyrosine residues within the potential SH2 domain binding sites for Shc, PLCg and PI3kinase do not play an essential role for the Dos function during eye development. The established clonal test system is of general use for assaying the in vivo function of putative protein-protein interaction regions within the Dos protein for eye development irrespective of their requirement in other developmental processes.
KW  - Taufliege
KW  - Auge
KW  - Ontogenie
KW  - Signaltransduktion
KW  - Genregulation
KW  - Daughter of Sevenless
KW  - Multi-Adaptor-Protein
KW  - PH-Domäne
KW  - SH2-Domänen Bindungsstelle
KW  - Rezeptor-Tyrosin-Kinase
KW  - Signaltransduktion
KW  - Daughter of Sevenless
KW  - multi-adaptor-protein
KW  - PH-domain
KW  - SH2-domain binding site
KW  - receptor tyrosin kinase
KW  - signal transduction
Y1  - 2000
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-814
ER  - 
TY  - THES
A1  - Beck, Katherina
T1  - Einfluss von RSK auf die Aktivität von ERK, den axonalen Transport und die synaptische Funktion in Motoneuronen von \(Drosophila\) \(melanogaster\)
T1  - RSK2 alters ERK activity, axonal transport and synaptic function in motoneurons of \(Drosophila\) \(melanogaster\)
N2  - In dieser Arbeit sollte die Funktion von RSK in Motoneuronen von Drosophila untersucht
werden. Mutationen im RSK2-Gen verursachen das Coffin-Lowry-Syndrom (CLS), das durch
mentale Retardierung charakterisiert ist. RSK2 ist hauptsächlich in Regionen des Gehirns
exprimiert, in denen Lernen und Gedächtnisbildung stattfinden. In Mäusen und Drosophila, die
als Modellorganismen für CLS dienen, konnten auf makroskopischer Ebene keine
Veränderungen in den Hirnstrukturen gefunden werden, dennoch wurden in verschiedenen
Verhaltensstudien Defekte im Lernen und der Gedächtnisbildung beobachtet.
Die synaptische Plastizität und die einhergehenden Veränderungen in den Eigenschaften der
Synapse sind fundamental für adaptives Verhalten. Zur Analyse der synaptischen Plastizität
eignet sich das neuromuskuläre System von Drosophila als Modell wegen des stereotypen
Innervierungsmusters und der Verwendung ionotroper Glutamatrezeptoren, deren
Untereinheiten homolog sind zu den Untereinheiten der Glutamatrezeptoren des AMPA-Typs
aus Säugern, die wesentlich für die Bildung von LTP im Hippocampus sind.
Zunächst konnte gezeigt werden, dass RSK in den Motoneuronen von Drosophila an der
präsynaptischen Seite lokalisiert ist, wodurch RSK eine Synapsen-spezifische Funktion
ausüben könnte. Morphologische Untersuchungen der Struktur der neuromuskulären Synapsen
konnten aufzeigen, dass durch den Verlust von RSK die Größe der neuromuskulären Synapse,
der Boutons sowie der Aktiven Zonen und Glutamatrezeptorfelder reduziert ist. Obwohl mehr
Boutons gebildet werden, sind weniger Aktive Zonen und Glutamatrezeptorfelder in der
neuromuskulären Synapse enthalten. RSK reguliert die synaptische Transmission, indem es die
postsynaptische Sensitivität, nicht aber die Freisetzung der Neurotransmitter an der
präsynaptischen Seite beeinflusst, obwohl in immunhistochemischen Analysen eine
postsynaptische Lokalisierung von RSK nicht nachgewiesen werden konnte. RSK ist demnach
an der Regulation der synaptischen Plastizität glutamaterger Synapsen beteiligt.
Durch immunhistochemische Untersuchungen konnte erstmals gezeigt werden, dass aktiviertes
ERK an der präsynaptischen Seite lokalisiert ist und diese synaptische Lokalisierung von RSK
reguliert wird. Darüber hinaus konnte in dieser Arbeit nachgewiesen werden, dass durch den
Verlust von RSK hyperaktiviertes ERK in den Zellkörpern der Motoneurone vorliegt. RSK
wird durch den ERK/MAPK-Signalweg aktiviert und übernimmt eine Funktion sowohl als
Effektorkinase als auch in der Negativregulation des Signalwegs. Demnach dient RSK in den
Zellkörpern der Motoneurone als Negativregulator des ERK/MAPK-Signalwegs. Darüber
hinaus könnte RSK die Verteilung von aktivem ERK in den Subkompartimenten der
Motoneurone regulieren.
Da in vorangegangenen Studien gezeigt werden konnte, dass ERK an der Regulation der
synaptischen Plastizität beteiligt ist, indem es die Insertion der AMPA-Rezeptoren zur Bildung
der LTP reguliert, sollte in dieser Arbeit aufgeklärt werden, ob der Einfluss von RSK auf die
synaptische Plastizität durch seine Funktion als Negativregulator von ERK zustande kommt.
Untersuchungen der genetischen Interaktion von rsk und rolled, dem Homolog von ERK in
Drosophila, zeigten, dass die durch den Verlust von RSK beobachtete reduzierte Gesamtzahl
der Aktiven Zonen und Glutamatrezeptorfelder der neuromuskulären Synapse auf die Funktion
von RSK als Negativregulator von ERK zurückzuführen ist. Die Größe der neuromuskulären
Synapse sowie die Größe der Aktiven Zonen und Glutamatrezeptorfelder beeinflusst RSK
allerdings durch seine Funktion als Effektorkinase des ERK/MAPK-Signalwegs.
Studien des axonalen Transports von Mitochondrien zeigten, dass dieser in vielen
neuropathologischen Erkrankungen beeinträchtigt ist. Die durchgeführten Untersuchungen des
axonalen Transports in Motoneuronen konnten eine neue Funktion von RSK in der Regulation
des axonalen Transports aufdecken. In den Axonen der Motoneurone von RSK-Nullmutanten
wurden BRP- und CSP-Agglomerate nachgewiesen. RSK könnte an der Regulation des
axonalen Transports von präsynaptischem Material beteiligt sein. Durch den Verlust von RSK
wurden weniger Mitochondrien in anterograder Richtung entlang dem Axon transportiert, dafür verweilten mehr Mitochondrien in stationären Phasen. Diese Ergebnisse zeigen, dass
auch der anterograde Transport von Mitochondrien durch den Verlust von RSK beeinträchtigt
ist.
N2  - In this thesis the function RSK in motoneurons of Drosophila has been analyzed. Mutations in
the RSK2-gene cause the Coffin-Lowry-Syndrome (CLS) which is characterized by mental
retardation. RSK2 is predominantly expressed in regions of the brain where learning and
formation of the memory take place. Even no obvious changes in brain structures could be
observed at macroscopic level in mouse and Drosophila which serve as an animal model for
CLS. However deficits in various learning tasks could be observed due to the loss of the RSK function.
Synaptic plasticity and the following changes in synaptic properties are fundamental for
adaptive behaviors. The neuromuscular system of Drosophila suits as a model for studies of the
synaptic plasticity because of the stereotypic innervation pattern and the use of ionotropic
glutamate receptors which subunits are homologous to the subunits of the mammalian AMPA-type
of glutamate receptors which are essential for the formation of LTP in the hippocampus.
This study shows that RSK is located at the presynaptic site of the motoneurons of Drosophila
which indicates a synapse-specific function of RSK. The structural analysis of the
neuromuscular junction (NMJ) show that the loss of RSK causes a reduction in size of the NMJ,
boutons, active zones and glutamate receptor fields. More boutons were found at the NMJ, but
less active zones and glutamate receptor fields were established. The localization of RSK at the
postsynaptic side could not be detected in this study although RSK regulates the synaptic
transmission by affecting the postsynaptic sensitivity but not the presynaptic neurotransmitter
release. Hence RSK could take part in the regulation of synaptic plasticity.
Immunohistochemical analysis could depict a novel function of RSK in the synapse-specific
localization of ERK. Further this study show that due to the loss of RSK more activated ERK
is located in den cell bodies of the motoneurons. RSK functions as a negative regulator of the
ERK/MAPK signaling in the somata of motoneurons. Additionally, RSK could regulate the
distribution of ERK in the different subcompartments of the motoneurons.
Previous studies show ERK as a regulator of synaptic plasticity by influencing the insertion of
AMPA receptors into the postsynaptic membrane during LTP. RSK is activated by the
ERK/MAPK signaling and functions not only as an effector kinase but also as a negative
regulator of this pathway. If the effect of RSK on synaptic plasticity is due to its function as a negative regulator of ERK should be clarified in this work.
Analysis of the genetic interactions of rsk and rolled, the Drosophila homologue of mammalian
ERK, show that the reduced number of active zones and glutamate receptor fields found at the
NMJ of RSK null mutants is caused by the function of RSK as a negative regulator of ERK. In
turn RSK affects the size of the NMJ, also the size of the active zones and glutamate receptor
fields by its function as an effector kinase of the ERK/MAPK signaling.
Several studies have shown that the axonal transport of mitochondria is affected in many
neuropathological diseases. This work could uncover a novel function of RSK in the regulation
of the axonal transport in motoneurons. The loss of RSK causes the formation of agglomerates
of the presynaptic proteins BRP and CSP. Therefore RSK takes part in the regulation of the
transport of presynaptic material. In absence of RSK less mitochondria are transported in
anterograde direction and more mitochondria are pausing. This results implicate a function of
RSK in regulating the anterograde transport of mitochondria.
KW  - Taufliege
KW  - RSK
KW  - axonaler Transport
KW  - synaptische Funktion
KW  - ERK
KW  - Motoneuron
KW  - Motoneuron
KW  - Genmutation
KW  - Drosophila
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-130717
ER  - 
TY  - THES
A1  - Beck, Sebastian
T1  - Using optogenetics to influence the circadian clock of \(Drosophila\) \(melanogaster\)
T1  - Die Verwendung der Optogenetik zur Beeinflussung der circadianen Uhr von \(Drosophila\) \(melanogaster\)
N2  - Almost all life forms on earth have adapted to the most impactful and most predictable recurring change in environmental condition, the cycle of day and night, caused by the axial rotation of the planet. As a result many animals have evolved intricate endogenous clocks, which adapt and synchronize the organisms’ physiology, metabolism and behaviour to the daily change in environmental conditions. The scientific field researching these endogenous clocks is called chronobiology and has steadily grown in size, scope and relevance since the works of the earliest pioneers in the 1960s.
The number one model organism for the research of circadian clocks is the fruit fly, Drosophila melanogaster, whose clock serves as the entry point to understanding the basic inner workings of such an intricately constructed endogenous timekeeping system. In this thesis it was attempted to combine the research on the circadian clock with the techniques of optogenetics, a fairly new scientific field, launched by the discovery of Channelrhodopsin 2 just over 15 years ago. Channelrhodopsin 2 is a light-gated ion channel found in the green alga Chlamydomonas reinhardtii. In optogenetics, researches use these light-gated ion channels like Channelrhodopsin 2 by heterologously expressing them in cells and tissues of other organisms, which can then be stimulated by the application of light. This is most useful when studying neurons, as these channels provide an almost non-invasive tool to depolarize the neuronal plasma membranes at will. The goal of this thesis was to develop an optogenetic tool, which would be able to influence and phase shift the circadian clock of Drosophila melanogaster upon illumination. A phase shift is the adaptive response of the circadian clock to an outside stimulus that signals a change in the environmental light cycle. An optogenetic tool, able to influence and phase shift the circadian clock predictably and reliably, would open up many new ways and methods of researching the neuronal network of the clock and which neurons communicate to what extent, ultimately synchronizing the network.
The first optogenetic tool to be tested in the circadian clock of Drosophila melanogaster was ChR2-XXL, a channelrhodopsin variant with dramatically increased expression levels and photocurrents combined with a prolonged open state. The specific expression of ChR2-XXL and of later constructs was facilitated by deploying the three different clock-specific GAL4-driver lines, clk856-gal4, pdf-gal4 and mai179-gal4. Although ChR2-XXL was shown to be highly effective at depolarizing neurons, these stimulations proved to be unable to significantly phase shift the circadian clock of Drosophila. The second series of experiments was conducted with the conceptually novel optogenetic tools Olf-bPAC and SthK-bPAC, which respectively combine a cyclic nucleotide-gated ion channel (Olf and SthK) with the light-activated adenylyl-cyclase bPAC. These tools proved to be quite useful when expressed in the motor neurons of instar-3 larvae of Drosophila, paralyzing the larvae upon illumination, as well as affecting body length. This way, these new tools could be precisely characterized, spawning a successfully published research paper, centered around their electrophysiological characterization and their applicability in model organisms like Drosophila. In the circadian clock however, these tools caused substantial damage, producing severe arrhythmicity and anomalies in neuronal development. Using a temperature-sensitive GAL80-line to delay the expression until after the flies had eclosed, yielded no positive results either. The last series of experiments saw the use of another new series of optogenetic tools, modelled after the Olf-bPAC, with bPAC swapped out for CyclOp, a membrane-bound guanylyl-cyclase, coupled with less potent versions of the Olf. This final attempt however also ended up being unsuccessful. While these tools could efficiently depolarize neuronal membranes upon illumination, they were ultimately unable to stimulate the circadian clock in way that would cause it to phase shift. 
Taken together, these mostly negative results indicate that an optogenetic manipulation of the circadian clock of Drosophila melanogaster is an extremely challenging subject. As light already constitutes the most impactful environmental factor on the circadian clock, the combination of chronobiology with optogenetics demands the parameters of the conducted experiments to be tuned with an extremely high degree of precision, if one hopes to receive positive results from these types of experiments at all.
N2  - Nahezu alle Lebewesen der Erde haben sich an den Tag-Nacht-Zyklus angepasst, die einflussreichste und verlässlichste wiederkehrende Veränderung der Umwelt-bedingungen, verursacht durch die axiale Rotation des Planeten. Daraus resultierend haben viele Tiere komplizierte innere Uhren entwickelt, welche ihre Physiologie, ihren Stoffwechsel und ihr Verhalten an die tägliche Veränderung der natürlichen Bedingungen anpassen. Das Wissenschaftsfeld, das sich der Erforschung dieser inneren Uhren widmet, wird Chronobiologie genannt und hat seit der Arbeit der ersten Pioniere ab 1960 stetig an Größe und Relevanz gewonnen. Der prominenteste Modellorganismus für die Erforschung der circadianen Uhr ist Drosophila melanogaster, deren Uhr als Ansatzpunkt dient, die grundlegenden Vorgänge eines derart komplexen, endogenen Taktsystems zu verstehen. 
In dieser Thesis wurde versucht die Forschung an der circadianen Uhr mit den Techniken der Optogenetik zu kombinieren, eines jungen Forschungsfeldes, welches durch die Entdeckung von Channelrhodpsin 2 vor über 15 Jahren eröffnet wurde. Channelrhodopsin 2 ist ein Licht-gesteuerter Ionenkanal, der in der Grünalge Chlamydomonas reinhardtii entdeckt wurde. In der Optogenetik nutzen Forscher diese Licht-gesteuerten Ionenkanäle, indem sie sie in den Zellen anderer Organismen exprimieren, welche dann durch Licht stimuliert werden können. Dies ist besonders nützlich bei der Untersuchung von Neuronen, da diese Kanäle ein nahezu nicht-invasives Werkzeug zur Depolarisation neuronaler Membranen bieten. Das Ziel dieser Thesis war es, ein optogenetisches Werkzeug zu entwickeln, welches die circadiane Uhr von Drosophila melanogaster durch Licht manipulieren und deren Phase verschieben kann. Eine Phasenverschiebung ist die adaptive Antwort der circadianen Uhr auf einen äußeren Reiz, welcher eine Veränderung des natürlichen Lichtzyklus signalisiert. Ein optogenetisches Werkzeug, das die Phase der inneren Uhr verlässlich verschieben kann, würde viele neue Möglichkeiten zur Erforschung des neuronalen Uhrnetzwerks eröffnen und wie die Neuronen miteinander kommunizieren um das Netzwerk zu synchronisieren. 
Das erste optogenetische Werkzeug das in der circadianen Uhr von Drosophila melanogaster getestet wurde war „ChR2-XXL“, eine Channelrhodopsin-Variante mit erhöhter Expression und Photoströmen, gepaart mit einem verlängerten geöffneten Zustand. Die spezifische Expression von ChR2-XXL und auch die späterer Konstrukte wurde durch die Verwendung der drei Uhr-spezifischen GAL4-Treiberlinien clk856-gal4, pdf-gal4 und mai179-gal4 bewerkstelligt. Obwohl bereits gezeigt wurde, dass ChR2-XXL höchst effektiv die Depolarisierung von Neuronen bewirkt, waren diese Stimulationen jedoch nicht in der Lage die Phase der circadianen Uhr von Drosophila signifikant zu verschieben. Die zweite Serie an Versuchen wurde mit den konzeptionell neuartigen optogenetischen Werkzeugen Olf-bPAC und SthK-bPAC durchgeführt, welche jeweils einen durch zyklische Nukleotide gesteuerten Ionenkanal (Olf und SthK) mit der Licht-gesteuerten Adenylatcyclase bPAC kombinieren. Diese Werkzeuge erwiesen sich als äußert nützlich, solange sie in den Motoneuronen von Drosophila-Larven im dritten Larvenstadium exprimiert wurden, wo sie bei Beleuchtung die Larven sowohl paralysierten, als auch deren Körperlänge beeinflussten. Auf diese Weise konnten diese neuen Werkzeuge präzise charakterisiert werden, was in der erfolgreichen Veröffentlichung eines Forschungsartikels mündete, welcher hauptsächlich von der elektrophysiologischen Charakterisierung der Werkzeuge handelte und von deren Anwendungsmöglichkeiten in Modellorganismen wie Drosophila. In der circadianen Uhr verursachten diese Werkzeuge jedoch substantielle Schäden und produzierten schwere Arrhythmie und Anomalien in der neuronalen Entwicklung. Die Verwendung einer temperatur-sensitiven GAL80-Linie um die Expression zu verzögern, erzeugte ebenfalls keinerlei positive Ergebnisse. Für die letzte Serie an Experimenten wurde eine weitere Reihe neuer optogenetischer Werkzeuge verwendet, orientiert an Olf-bPAC und SthK-bPAC, wobei bPAC durch die membrangebundene Guanylatcyclase „CyclOp“ ausgetauscht wurde, welche wiederrum mit weniger wirkstarken Olf-Varianten kombiniert wurde. Dieser letzte Ansatz scheiterte jedoch ebenfalls. Obwohl diese neuen Werkzeuge in der Lage waren die Neuronenmembran bei Beleuchtung effektiv zu depolarisieren, vermochten sie es letztendlich nicht eine Phasenverschiebung zu bewirken.
Zusammengenommen zeigen diese überwiegend negativen Ergebnisse, dass die optogenetische Manipulation der circadianen Uhr von Drosophila melanogaster ein extrem anspruchsvolles Thema ist. Da Licht bereits ohnehin den einflussreichsten Umweltfaktor für die circadiane Uhr darstellt, verlangt die Kombination von Chronobiologie und Optogenetik eine extrem präzise Feinabstimmung der Versuchsparameter, um überhaupt darauf hoffen zu dürfen, positive Ergebnisse mit derlei Versuchen zu erzeugen.
KW  - Chronobiologie
KW  - Optogenetik
KW  - Taufliege
KW  - Optogenetics
KW  - Chronobiology
KW  - Channelrhodopsin
KW  - Drosophila melanogaster
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-184952
ER  - 
TY  - THES
A1  - Bertolucci, Franco
T1  - Operant and classical learning in Drosophila melanogaster: the ignorant gene (ign)
T1  - Operantes und klassisches Lernen in Drosophila melanogaster: das ignorant Gen (ign)
N2  - One of the major challenges in neuroscience is to understand the neuronal processes that underlie learning and memory. For example, what biochemical pathways underlie the coincidence detection between stimuli during classical conditioning, or between an action and its consequences during operant conditioning? In which neural substructures is this information stored? How similar are the pathways mediating these two types of associative learning and at which level do they diverge? The fly Drosophila melanogaster is an appropriate model organism to address these questions due to the availability of suitable learning paradigms and neurogenetic tools. It permits an extensive study of the functional role of the gene S6KII which in Drosophila had been found to be differentially involved in classical and operant conditioning (Bertolucci, 2002; Putz et al., 2004). Genomic rescue experiments showed that olfactory conditioning in the Tully machine, a paradigm for Pavlovian olfactory conditioning, depends on the presence of an intact S6KII gene. This rescue was successfully performed on both the null mutant and a partial deletion, suggesting that the removal of the phosphorylating unit of the kinase was the main cause of the functional defect. The GAL4/UAS system was used to achieve temporal and spatial control of S6KII expression. It was shown that expression of the kinase during the adult stage was essential for the rescue. This finding ruled out a developmental origin of the mutant learning phenotype. Furthermore, targeted spatial rescue of S6KII revealed a requirement in the mushroom bodies and excluded other brain structures like the median bundle, the antennal lobes and the central complex. This pattern is very similar to the one previously identified with the rutabaga mutant (Zars et al., 2000). Experiments with the double mutant rut, ign58-1 suggest that both rutabaga and S6KII operate in the same signalling pathway. Previous studies had already shown that deviating results from operant and classical conditioning point to different roles for S6KII in the two types of learning (Bertolucci, 2002; Putz, 2002). This conclusion was further strengthened by the defective performance of the transgenic lines in place learning and their normal behavior in olfactory conditioning. A novel type of learning experiment, called “idle experiment”, was designed. It is based on the conditioning of the walking activity and represents a purely operant task, overcoming some of the limitations of the “standard” heat-box experiment, a place learning paradigm. The novel nature of the idle experiment allowed exploring “learned helplessness” in flies, unveiling astonishing similarities to more complex organisms such as rats, mice and humans. Learned helplessness in Drosophila is found only in females and is sensitive to antidepressants.
N2  - Eine der größten Herausforderungen in der Neurobiologie ist es, die neuronalen Prozesse zu verstehen, die Lernen und Gedächtnis zugrundeliegen. Welche biochemischen Pfade liegen z.B. der Koinzidenzdetektion von Reizen (klassische Konditionierung) oder einer Handlung und ihren Konsequenzen (operante Konditionierung) zugrunde? In welchen neuronalen Unterstrukturen werden diese Informationen gespeichert? Wie ähnlich sind die Stoffwechselwege, die diese beiden Arten des assoziativen Lernens vermitteln und auf welchem Niveau divergieren sie? Drosophila melanogaster ist wegen der Verfügbarkeit von Lern-Paradigmen und neurogenetischen Werkzeugen ein geeigneter Modell-Organismus, zum diese Fragen zu adressieren. Er ermöglicht eine umfangreiche Studie der Funktion des Gens S6KII, das in der Taufliege in klassischer und operanter Konditionierung unterschiedlich involviert ist (Bertolucci, 2002; Putz et al., 2004). Rettungsexperimenten zeigen, dass die olfaktorische Konditionierung in der Tully Maschine (ein klassisches, Pawlow’sches Konditionierungsparadigma) von dem Vorhandensein eines intakten S6KII Gens abhängt. Die Rettung war sowohl mit einer vollständigen, als auch einer partiellen Deletion erfolgreich und dies zeigt, dass der Verlust der phosphorylierenden Untereinheit der Kinase die Hauptursache des Funktionsdefektes war. Das GAL4/UAS System wurde benutzt, um die S6KII Expression zeitlich und räumlich zu steuern. Es wurde gezeigt, dass die Expression der Kinase während des adulten Stadiums für die Rettung hinreichend war. Dieser Befund schließt eine Entwicklungsstörung als Ursache für den mutanten Phänotyp aus. Außerdem zeigte die gezielte räumliche Rettung von S6KII die Notwendigkeit der Pilzkörper und schloss Strukturen wie das mediane Bündel, die Antennalloben und den Zentralkomplex aus. Dieses Muster ist dem vorher mit der rutabaga Mutation identifizierten sehr ähnlich (Zars et al., 2000). Experimente mit der Doppelmutante rut, ign58-1 deuten an, dass rutabaga und S6KII im gleichen Signalweg aktiv sind. Vorhergehende Studien hatten bereits gezeigt, dass die unterschiedlichen Ergebnisse bei operanter und klassischer Konditionierung auf verschiedenen Rollen für S6KII in den zwei Arten des Lernens hindeuten (Bertolucci, 2002; Putz, 2002). Diese Schlussfolgerung wurde durch den mutanten Phänotyp der transgenen Linien in der Positionskonditionierung und ihr wildtypisches Verhalten in der klassischen Konditionierung zusätzlich bekräftigt. Eine neue Art von Lern-Experiment, genannt „Idle Experiment“, wurde entworfen. Es basiert auf der Konditionierung der Laufaktivität, stellt eine operante Aufgabenstellung dar und überwindet einige der Limitationen des „Standard“ Heat-Box Experimentes. Die neue Art des Idle Experimentes erlaubt es, „gelernte Hilflosigkeit“ in Fliegen zu erforschen, dabei zeigte sich eine erstaunliche Ähnlichkeit zu den Vorgängen in komplizierteren Organismen wie Ratten, Mäusen oder Menschen. Gelernte Hilflosigkeit in der Taufliege wurde nur in den Weibchen beobachtet und wird von Antidepressiva beeinflusst.
KW  - Klassische Konditionierung
KW  - Instrumentelle Konditionierung
KW  - Konditionierung
KW  - Operante Konditionierung
KW  - Lernen
KW  - Räumliches Gedächtnis
KW  - Assoziatives Gedächtnis
KW  - Gedächtnis
KW  - MAP-Kinase
KW  - Drosophila
KW  - Taufliege
KW  - Gelernte Hilflosigkeit
KW  - CREB
KW  - S6KII
KW  - p90RSK
KW  - RSK
KW  - p90 ribosomal S6 kinase
KW  - ribosomal S6 kinase II
KW  - operant conditioning
KW  - classical conditioning
KW  - associative learning
KW  - learned helplessness
Y1  - 2008
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-33984
ER  - 
TY  - THES
A1  - Blanco Redondo, Beatriz
T1  - Studies of synapsin phosphorylation and characterization of monoclonal antibodies from the Würzburg Hybridoma Library in Drosophila melanogaster
T1  - Untersuchungen der Phosphorylierung von Synapsin und Charakterisierung monoklonaler Antikörper der Würzburg Hybridoma Library in Drosophila melanogaster
N2  - Synapsins are conserved synapse-associated hosphoproteins involved in the fine regulation of neurotransmitter release. The aim of the present project is to study the phosphorylation of synapsins and the distribution of phospho-synapsin in the brain of Drosophila melanogaster.
Three antibodies served as important tools in this work, a monoclonal antibody (3C11/α-Syn) that recognizes all known synapsin isoforms and two antisera against phosphorylated synapsin peptides (antiserum PSyn(S6) against phospho-serine 6 and antiserum PSyn(S464) against phospho-serine 464). These antisera were recently generated in collaboration with Bertram Gerber and  Eurogentec. ...
N2  - Synapsine sind konservierte, Synapsen-assoziierte Phosphoproteine, die an der Feinregulation der Neurotransmitterfreisetzung beteiligt sind. Das Ziel des Projektes ist, die Phosphorylierung der Synapsine und die Verteilung des Phospho-Synapsins im Gehirn von Drosophila melanogaster zu untersuchen.
Aus diesem Grunde wurden drei bestimmte Antikörper in dieser Arbeit verwendet: Ein monoklonaler Antikörper (3C11/α-Syn), der alle bekannten Isoformen von Synapsin erkennt, und zwei Antiseren gegen phosphorylierte Synapsinpeptide (das Antiserum PSyn(S6) gegen Phosphoserin 6 und das Antiserum PSyn(S464) gegen
Phosphoserin 464). Diese Antiseren wurden unlängst in Zusammenarbeit mit Bertram Gerber und Eurogentec hergestellt.
KW  - Synapsine
KW  - neuroscience
KW  - Taufliege
KW  - Monoklonaler Antikörper
KW  - Neurowissenschaften
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-93766
ER  - 
TY  - THES
A1  - Bolt-Ulschmid, Julia Katharina
T1  - Charakterisierung von Adenylatkinasen aus Plasmodium falciparum und Thioredoxinreduktase-assoziierten Proteinen aus Dipteren
T1  - Charakterisierung von Adenylatkinasen aus Plasmodium falciparum and Thioredoxin reductase-associiated Proteins of insects
N2  - In Säugetieren existieren im wesentlichen zwei Abwehrsysteme gegen oxidativen Streß, in welchen die Glutathionreduktase (GR) und Thioredoxinreduktase (TrxR) Schlüsselenzyme sind. Ein einzelnes Gen der Taufliege, genannt dmtrxr-1, kodiert sowohl für die durch alternatives Splicing entstehende cytoplasmatische und mitochondriale Form der DmTrxR-1. Zum Teil innerhalb des dmtrxr-1-Gens findet sich auf dem Komplementärstrang ein weiteres Gen, welches sniffer genannt wurde. In Kooperation wurde nachgewiesen, daß dieses Gen essentiell zur Verhinderung alterungsbedingter Neurodegeneration ist. Durch biochemische Charakterisierung konnte das rekombinant hergestellte Produkt dieses Gens in der vorliegenden Arbeit als Carbonylreduktase, ein zu den Kurzketten-Dehydrogenasen (short-chain dehydrogenases) gehörendes Enzym, identifiziert werden. Sniffer weist das für Carbonylreduktasen typische Substratspektrum mit Phenanthrenequinone als bestem Substrat auf und wird von Flavonoiden wie Quercetin und Rutin sowie Hydroxymercuribenzoat gehemmt. In verschiedenen Ansätzen konnten Kristalle des rekombinanten Proteins gewonnen werden, die inzwischen in Kooperation vermessen wurden und so zu einer Kristallstruktur mit einer Auflösung von 1,7 Angström führten. Durch diese Arbeiten konnte zum ersten Mal eine Verbindung zwischen einem charakterisierten Gen (snifffer), oxidativem Streß und neurodegenerativen Effekten auf molekularer Ebene nachgewiesen werden. Parasiten haben während ihres Lebenszyklus einen hohen Bedarf an Energie und sind abhängig von einer starken Syntheseleistung. Zur Bewältigung dieses Stresses benötigen sie hohe Aktivitäten an Adenylatkinase (AK; ATP + AMP  2 ADP) und GTP-AMP-Phosphotransferase (GAK; GTP + AMP  GDP + ADP). Beide Enzyme wurden in Blutstadien des Malariaparasiten Plasmodium falciparum identifiziert und die entsprechenden Gene der PfAK und PfGAK auf den Chromosomen 10 und 4 respektive lokalisiert. Klonierung und heterologe Expression in E. coli ergab enzymatisch aktive Proteine mit einer Größe von 28,9 (PfAK), bzw. 28,0 kDa (PfGAK). Das rekombinante Protein der PfAK entspricht in seinen biochemischen Charakteristika denen der authentischen PfAK. Dies gilt auch für eine mögliche Assoziation mit einem stabilisierenden Protein mit einem Molekulargewicht von ca. 70 kDa und der hohen Substratspezifität für das Monophosphat-Nukleotid AMP. Die Spezifität für das Triphosphat-Substrat ist weniger stringent. Das beste Triphosphat-Substrat ist ATP mit einem Vmax-Wert von 75 U/mg und einem kcat von 2800 min-1. Die Sequenz der PfAK enthält eine amphiphatische Helix, welche als notwendig für die Translokation zytosolischer Adenylatkinasen in den Intermembranraum der Mitochondrien beschrieben wurde. Die PfGAK bevorzugt GTP und AMP als Substrat (100 U/mg; kcat = 2800 min-1 bei 25°C) und zeigt als Besonderheit keine messbare Aktivität mit ATP. Im Gegensatz zu ihrem Ortholog im Menschen (AK3) enthält die Sequenz der PfGAK ein Zinkfinger-Motiv und bindet Eisenionen. Erste Immunfluoreszenz-Analysen lokalisieren die PfGAK in den Mitochondrien. PfAK und PfGAK werden von den Dinukleosid-Pentaphosphat-Verbindungen AP5A beziehungsweise GP5A gehemmt. Die Ki-Werte liegen mit ca. 0.2 µM ungefähr 250-fach niedriger als die KM-Werte der entsprechenden Nukleotidsubstrate. Zur Lösung der vor allem im Rahmen einer rationalen Medikamentenentwicklung notwendigen Kristallstruktur des Zielmoleküls konnten bereits Kristalle der PfGAK erhalten werden.
N2  - In mammalia, two major systems with glutathione reductase (GR) and thioredoxin reductase (TrxR) as key enzymes defend the organism against oxidative stress. The single copy gene dmtrxr-1 codes for both the cytoplasmic and mitochondrial form of DmTrxR-1, generated by alternative splicing. Another gene, located on the complementary strand partially within the dmtrxr-1 gene, could be identified and was named sniffer. This gene is essential for prevention of age-related neuro-degeneration, as could be shown in a cooperation with the group of Prof. Schneuwly. In this thesis, biochemical characterization of the recombinant protein identified sniffer as a carbonyl reductase, an enzyme belonging to the short-chain-dehydrogenases. Sniffer shows the typical substrate spectrum of carbonyl reductases with phenthrenequinone as best substrate and is inhibited by the flavonoids quercetin and rutin and also by hydroxymercurybenzoate (HMB). Protein crystals could be obtained under different conditions. In a cooperation with the group of Prof. Klebe, these already lead to a crystal structure with a resolution of 1.7 angstrom. The work on sniffer is the first that directly links a characterized gene (sniffer), oxidative stress and neurodegeneration on the molecular level. For coping with energetic and synthetic challenges, parasites require high activities of adenylate kinase (AK; ATP + AMP  2 ADP) and GTP:AMP phosphotransferase (GAK; GTP + AMP  2 ADP). These enzymes were identified in bloodstream stages of Plasmodium falciparum. The genes encoding PfAK and PfGAK are located on chromosomes 10 and 4, respectively. Molecular cloning and heterologous expression in E. coli yielded enzymatically active proteins of 28.9 (PfAK) and 28.0 kDa (PfGAK). Recombinant PfAK resembles authentic PfAK in its biochemical characteristics including the possible association with a stabilizing protein and the high specificity for AMP as the mononucleotide substrate. Specificity is less stringent for the triphosphate, with ATP as the best substrate (75 U/mg; kcat = 2160 min-1). PfAK contains the sequence of the amphiphatic helix that is known to mediate translocation of the cytosolic protein into the mitochondrial intermembrane space. PfGAK exhibits substrate preference for GTP and AMP (100 U/mg; kcat = 2800 min-1); notably, there is no detectable activity with ATP. In contrast to its human orthologue (AK3), PfGAK contains a zinc finger motif and binds ionic iron. The dinucleoside pentaphosphate compounds AP5A and GP5A inhibited PfAK and PfGAK, respectively, with Ki values of appr. 0.2 µM which is more than 250-fold lower than the KM values determined for the nucleotide substrates. The disubstrate inhibitors are useful for studying the enzymatic mechanism of PfAK and PfGAK as well as their function in adenine nucleotide homeostasis; in addition, the chimeric inhibitors represent interesting lead compounds for developing nucleosides to be used as antiparasitic agents. To elucidate the structure which is necessary for the use as a drug target, crystallization studies have been performed and the first crystals could be obtained.
KW  - Taufliege
KW  - Plasmodium falciparum
KW  - Adenylatkinase
KW  - Carbonyl-Reductase <NADPH>
KW  - Malaria
KW  - Plasmodium
KW  - Adenylatkinase
KW  - Carbonylreduktase
KW  - Drosophila
KW  - Malaria
KW  - Plasmodium
KW  - adenylate kinase
KW  - carbonyl reductase
KW  - drosophila
Y1  - 2004
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-10752
ER  - 
TY  - THES
A1  - Brembs, Björn
T1  - An Analysis of Associative Learning in Drosophila at the Flight Simulator
T1  - Eine Ananlyse des assoziativen Lernens von Drosophila im Flugsimulator
N2  - Most natural learning situations are of a complex nature and consist of a tight conjunction of the animal's behavior (B) with the perceived stimuli. According to the behavior of the animal in response to these stimuli, they are classified as being either biologically neutral (conditioned stimuli, CS) or important (unconditioned stimuli, US or reinforcer). A typical learning situation is thus identified by a three term contingency of B, CS and US. A functional characterization of the single associations during conditioning in such a three term contingency has so far hardly been possible. Therefore, the operational distinction between classical conditioning as a behavior-independent learning process (CS-US associations) and operant conditioning as essentially behavior-dependent learning (B-US associations) has proven very valuable. However, most learning experiments described so far have not been successful in fully separating operant from classical conditioning into single-association tasks. The Drosophila flight simulator in which the relevant behavior is a single motor variable (yaw torque), allows for the first time to completely separate the operant (B-US, B-CS) and the classical (CS-US) components of a complex learning situation and to examine their interactions. In this thesis the contributions of the single associations (CS-US, B-US and B-CS) to memory formation are studied. Moreover, for the first time a particularly prominent single association (CS-US) is characterized extensively in a three term contingency. A yoked control shows that classical (CS-US) pattern learning requires more training than operant pattern learning. Additionally, it can be demonstrated that an operantly trained stimulus can be successfully transferred from the behavior used during training to a new behavior in a subsequent test phase. This result shows unambiguously that during operant conditioning classical (CS-US) associations can be formed. In an extension to this insight, it emerges that such a classical association blocks the formation of an operant association, which would have been formed without the operant control of the learned stimuli. Instead the operant component seems to develop less markedly and is probably merged into a complex three-way association. This three-way association could either be implemented as a sequential B-CS-US or as a hierarchical (B-CS)-US association. The comparison of a simple classical (CS-US) with a composite operant (B, CS and US) learning situation and of a simple operant (B-US) with another composite operant (B, CS and US) learning situation, suggests a hierarchy of predictors of reinforcement. Operant behavior occurring during composite operant conditioning is hardly conditioned at all. The associability of classical stimuli that bear no relation to the behavior of the animal is of an intermediate value, as is operant behavior alone. Stimuli that are controlled by operant behavior accrue associative strength most easily. If several stimuli are available as potential predictors, again the question arises which CS-US associations are formed? A number of different studies in vertebrates yielded amazingly congruent results. These results inspired to examine and compare the properties of the CS-US association in a complex learning situation at the flight simulator with these vertebrate results. It is shown for the first time that Drosophila can learn compound stimuli and recall the individual components independently and in similar proportions. The attempt to obtain second-order conditioning with these stimuli, yielded a relatively small effect. In comparison with vertebrate data, blocking and sensory preconditioning experiments produced conforming as well as dissenting results. While no blocking could be found, a sound sensory preconditioning effect was obtained. Possible reasons for the failure to find blocking are discussed and further experiments are suggested. The sensory preconditioning effect found in this study is revealed using simultaneous stimulus presentation and depends on the amount of preconditioning. It is argued that this effect is a case of 'incidental learning', where two stimuli are associated without the need of reinforcement. Finally, the implications of the results obtained in this study for the general understanding of memory formation in complex learning situations are discussed.
N2  - Die meisten Lernsituationen sind von komplexer Natur und bestehen aus einer engen Verknüpfung des Verhaltens eines Tieres (B) mit den wahrgenommenen Stimuli. Entsprechend der Reaktion des Tieres auf diese Stimuli werden diese als entweder biologisch neutral (konditionierte Stimuli, CS) oder signifikant (unkonditionierte Stimuli, US oder Verstärker) klassifiziert. Eine typische Lernsituation ist also durch eine Dreiwegebeziehung zwischen B, CS und US gekennzeichnet. Eine funktionelle Charakterisierung der Einzelassoziationen während des Lernens in einer solchen Dreiwegebeziehung war experimentell bisher kaum zugänglich. Operationell wird daher zwischen klassischer Konditionierung als verhaltensunabhängigem Lernvorgang (CS-US Assoziationen) und operanter Konditionierung als essentiell verhaltensabhängigem Lernen (B-US Assoziationen) unterschieden. In den meisten bisher beschriebenen Lernexperimenten ist noch nicht einmal diese Trennung in Einzelassoziationen vollständig durchzuführen gewesen. Im Drosophila Flugsimulator, in dem das relevante Verhalten eine einzelne Bewegungsvariable (das Gierungsdrehmoment) ist, können zum ersten Mal die operanten (B-US, B-CS) und die klassischen (CS-US) Bestandteile einer komplexen Lernsituation völlig getrennt und auf ihre Interaktionen hin untersucht werden. In der vorliegenden Arbeit wurden sowohl die Beiträge der Einzelassoziationen (CS-US, B-US und B-CS) bei der Akquisition der Gedächtnismatrize in komplexen Lernsituationen untersucht, als auch die Eigenschaften einer besonders prominenten Einzelassoziation (CS-US) während einer komplexen Lernsituation zum ersten Mal weitgehend charakterisiert. Mit einer gejochten (yoked) Kontrolle kann gezeigt werden, dass das klassische (CS-US) Musterlernen umfangreicheres Training als das operante Musterlernen erfordert. Außerdem kann die Fliege einen operant gelernter Stimulus von dem Verhalten mit dem er gelernt wurde, auf ein anderes Verhalten im Test übertragen. Dieses Resultat zeigt eindeutig, dass während der operanten Konditionierung klassische (CS-US) Assoziationen gebildet werden können. In einer Erweiterung dieses Ergebnisses zeigt sich, dass solch eine klassische Assoziation, wenn sie gebildet wird, die Bildung einer operanten Assoziation blockiert, die ohne operante Kontrolle der klassisch assoziierten Stimuli gebildet würde. Stattdessen scheint sich der operante Bestandteil weniger ausgeprägt zu entwickeln und ist eventuell in einer komplexen Dreiwege-Assoziation eingebunden. Die Dreiwege-Assoziation könnte entweder als sequentielle B-CS-US oder als hierarchische (B-CS)-US Assoziation implementiert sein. Der Vergleich einer einfachen klassischen (CS-US) mit einer komplexen operanten (B, CS und US) Lernsituation und einer einfachen operanten (B-US) mit einer anderen komplexen operanten (B, CS und US) Lernsituation, ermöglicht das Postulat einer Hierarchie der Prädiktoren für Verstärker. Operantes Verhalten während einer komplexen operanten Lernsituation wird wenig oder überhaupt nicht konditioniert. Die Assoziierbarkeit der klassischen Stimuli ohne Relation zum Verhalten des Tieres (CS-US) sind - wie operantes Verhalten alleine (B-US) auch - von mittlerer Assoziierbarkeit. Stimuli die von operantem Verhalten kon-trolliert werden, erhöhen am schnellsten ihre assoziative Stärke. Sind mehrere Stimuli während des Lernvorgangs zugänglich, stellt sich erneut die Frage, welche von den CS-US Assoziationen gebildet werden. Eine Vielzahl verschiedenster Studien in Vertebraten wiesen erstaunlich übereinstimmende Ergebnisse auf. Diese Ergebnisse inspirierten dazu, die Eigenschaften der CS-US Assoziationen in der komplexen Lernsituation am Flugsimulator zu untersuchen und mit Ergebnissen in Vertebraten zu vergleichen. Es wird erstmals gezeigt, dass Drosophila zusammengesetzte Stimuli lernen und die Einzelkomponenten unabhängig voneinander und in etwa ähnlichen Proportionen wiedererkennen kann. Der Versuch "Lernen zweiter Ordnung" mit diesen Stimuli zu erzielen, liefert einen relativ kleinen Effekt. Die Gegenüberstellung mit Daten aus Vertebraten liefert sowohl Abweichungen als auch Übereinstimmungen hinsichtlich der Lernregeln, die beim klassischen Konditionieren von Vertebraten gefunden wurden. Während es ein deutliches "sensorisches Präkonditionieren" gibt, konnte kein "Blocken" gefunden werden. Das sensorische Präkonditionieren in dieser Studie zeigt sich bei gleichzeitiger Stimuluspräsentation und ist vom Mass der Präkonditionierung abhängig. Es wird argumentiert, dass dieser Effekt ein Fall "beiläufigen Lernens" ist, bei dem zwei Stimuli ohne die Notwendigkeit der Verstärkung assoziiert werden. Für das nicht gefundene Blocken werden mögliche Gründe diskutiert und weiterführende Experimente vor-geschlagen. Abschließend wird über die Implikationen der Resultate dieser Arbeit für das allgemeine Verständnis der Gedächtnisbildung in komplexen Lernsituationen nachgedacht.
KW  - Taufliege
KW  - Lernen
KW  - Flugsimulator
KW  - Drosophila
KW  - Lernen
KW  - Gedächtnis
KW  - Assoziation
KW  - assoziativ
KW  - Flugsimulator
KW  - Lernregeln
KW  - operantes Konditionieren
KW  - klassisches Konditionieren
KW  - Drosophila
KW  - learning
KW  - memory
KW  - association
KW  - associative
KW  - flight simulator
KW  - learning rules
KW  - operant conditioning
KW  - classical conditioning
Y1  - 2000
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-1039
ER  -