TY  - THES
A1  - Putz, Gabriele
T1  - Characterization of memories and ignorant (S6KII) mutants in operant conditioning in the heat-box
T1  - Charakterisierung von Gedaechtnissen, sowie der ignorant(S6KII)-Mutante in der operanten Konditionierung in der Hitzekammer
N2  - Learning and memory processes of operant conditioning in the heat-box were analysed. Age, sex, and larval desity were not critical parameters influencing memory, while low or high activity levels of flies were negatively correlated with their performance. In a search for conditioning parameters leading to high retention scores, intermittent training was shown to give better results than continuous training. As the memory test is the immediate continuation of the conditioning phase just omitting reinforcement, we obtain a memory which consists of two components: a spatial preference for one side of the chamber and a stay-where-you-are effect in which the side preference is contaminated by the persistence of heat avoidance. Intermittent training strengthens the latter. In the next part, memory retention was investigated. Flies were trained in one chamber and tested in a second one after a brief reminder training. With this direct transfer, memory scores reflect an associative learning process in the first chamber. To investigate memory retention after extended time periods, indirect transfer experiments were performed. The fly was transferred to a different environment between training and test phases. With this procedure an after-effect of the training was still observed two hours later. Surprisingly, exposure to the chamber without conditioning also lead to a memory effect in the indirect transfer experiment. This exposure effect revealed a dispositional change that facilitates operant learning during the reminder training. The various memory effects are independent of the mushroom bodies. The transfer experiments and yoked controls proved that the heat-box records an associative memory. Even two hours after the operant conditioning procedure, the fly remembers that its position in the chamber controls temperature. The cAMP signaling cascade is involved in heat-box learning. Thus, amnesiac, rutabaga, and dunce mutants have an impaired learning / memory. Searching for, yet unknown, genes and signaling cascades involved in operant conditioning, a Drosophila melanogaster mutant screen with 1221 viable X-chromosome P-element lines was performed. 29 lines with consistently reduced heat avoidance/ learning or memory scores were isolated. Among those, three lines have the p[lacW] located in the amnesiac ORF, confirming that with the chosen candidate criteria the heat-box is a useful tool to screen for learning and /or memory mutants. The mutant line ignP1 (8522), which is defective in the gene encoding p90 ribosomal S6 kinase (S6KII), was investigated. The P-insertion of line ignP1 is the first Drosophila mutation in the ignorant (S6KII) gene. It has the transposon inserted in the first exon. Mutant males are characterized by low training performance, while females perform well in the standard experiment. Several deletion mutants of the ignorant gene have been generated. In precise jumpouts the phenotype was reverted. Imprecise jumpouts with a partial loss of the coding region were defective in operant conditioning. Surprisingly, null mutants showed wild-type behavior. This might indicate an indirect effect of the mutated ignorant gene on learning processes. In classical odor avoidance conditioning, ignorant null mutants showed a defect in the 3-min, 30-min, and 3-hr memory, while the precise jumpout of the transposon resulted in a reversion of the behavioral phenotype. Deviating results from operant and classical conditioning indicate different roles for S6KII in the two types of learning.
N2  - Es wurden die Lern- und Gedächtnisprozesse bei der operanten Konditionierung in der Hitzekammer untersucht. Alter, Geschlecht und Larvendichte waren keine kritischen Parameter, die das Gedächtnis beeinflussten, während sowohl niedrige als auch hohe Laufaktivität der Fliegen mit deren Performance negativ korreliert war. Auf der Suche nach Konditionierungsparametern, die zu hohen Gedächtniswerten führen, lieferte ein Training mit mehreren Training/Test-Intervallen bessere Ergebnisse als ein kontinuierliches Training. Da der Gedächtnistest, bei dem die Hitze abgestellt wird, direkt im Anschluß an die Konditionierungsphase erfolgt, erhalten wir einen Gedächtniswert, der zwei Komponenten beinhaltet: eine räumliche Präferenz für eine Kammerhälfte und einem "bleib-wo-du-bist Effekt", der sich aus Seitenpräferenz und langanhaltender Hitzevermeidung per se zusammensetzt. Ein Training mit mehreren Training/Test-Intervallen verstärkt letzteren Effekt. Im nächsten Teil meiner Arbeit wurde der Gedächtnisabfall untersucht. Fliegen wurden in einer Kammer trainiert und nach einem kurzen Erinnerungstraining in einer zweiten Kammer getestet. In diesem direkten Transfer spiegeln die Gedächtniswerte einen assoziativen Lernprozeß wieder, der in der ersten Kammer stattfindet. Um den Gedächtnisabfall nach längeren Zeitintervallen untersuchen zu können, wurden indirekte Transferexperimente durchgeführt. Die Fliege wurde dazu zwischen Trainings- und Testphasen in eine andere Umgebung gebracht. Mit Hilfe dieser Methode konnte ein Nacheffekt noch zwei Stunden nach dem Training beobachtet werden. Überraschenderweise führt im indirekten Transferexperiment ein Aufenthalt in der Kammer auch ohne Konditionierung zu einem Gedächtniseffekt. Dieser "Aufenthaltseffekt" spiegelt eine dispositionelle Veränderung wieder, die das operante Lernen während des Erinnerungstrainings begünstigt. Die verschiedenen Gedächtniseffekte sind pilzkörperunabhängig. Transferexperimente und Yoked-Kontrollen zeigten, dass in der Hitzekammer assoziatives Gedächtnis gemessen wird. Selbst zwei Stunden nach der operanten Konditionierung, erinnert sich die Fliege daran, dass ihre Position in der Kammer die dortige Temperatur kontrolliert. Die cAMP Signaltransduktionskaskade ist an den Lernprozessen der Fliegen in der Hitzekammer beteiligt. amnesiac, rutabaga und dunce Mutanten haben daher eine verminderte Lern- / Gedächtnisleistung. Um nach bisher unbekannten Genen und Signalkaskaden zu suchen, die in der operanten Konditionierung eine Rolle spielen, wurde ein Drosophila melanogaster Mutanten Screen mit 1221 lebensfähigen X-chromosomalen P-element Linien durchgeführt. 29 Linien mit konsistet reduzierten Lern- oder Gedächtniswerten wurden isoliert. Darunter befanden sich drei Linien mit einer p[lacW] Insertion im amnesiac ORF. Dieses Ergebnis bestätigt, dass die Hitzekammer mit den gewählten Kriterien ein hilfreiches Werkzeug bei der Suche nach Lern- und / oder Gedächtnismutanten ist. Die Mutante ignP1 (8522), die im Gen für p90 ribosomale S6 kinase (S6KII) einen Defekt besitzt, wurde untersucht. Die P-Insertion des ignP1 Stammes ist die erste Mutation im ignorant (S6KII) Gen. Das Transposons ist im ersten Exon inseriert. Männliche Mutanten sind durch eine niedrige Trainingsperformance gekennzeichnet, während sich Weibchen im Standardexperiment wildtypisch verhalten. Mehrere Deletionsmutanten im ignorant Gen wurden hergestellt. In präzisen Exzisionslinien war der Phänotyp revertiert, während impräzise Exzisionslinien mit teilweisem Verlust der kodierenden Region in der operanten Konditionierung einen Defekt zeigten defekt. Überraschenderweise wurde bei Nullmutanten wildtypisches Verhalten beobachtet. Dies könnte auf einen indirekten Effekt des mutierten ignorant Gens auf Lernprozesse hindeuten. Bei der klassischen Duftkonditionierung zeigten ignorant Nullmutanten einen Defekt im 3-min, 30-min und 3-Stunden Gedächtnis, während präzise Exzisionen des Transposons zu einer Reversion des Verhaltensphänotyps führten. Voneinander abweichende Ergebnisse bei der operanten und klassischen Konditionierung weisen darauf hin, dass S6KII unterschiedliche Rollen in diesen Formen des Lernens spielt.
KW  - Taufliege
KW  - Operante Konditionierung
KW  - Gedächtnis
KW  - Drosophila
KW  - Hitzekammer
KW  - operante Konditionierung
KW  - Gedaechtnis
KW  - p90 ribosomale S6 kinase
KW  - Drosophila
KW  - heat-box
KW  - operant conditioning
KW  - memory
KW  - p90 ribosomal S6 kinase
Y1  - 2002
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-4195
ER  - 
TY  - THES
A1  - Keller, Andreas
T1  - Genetic Intervention in Sensory Systems of a Fly
T1  - Genetische Intervention in sensorischen Systemen einer Fliege
N2  - Die vorliegende Arbeit vergleicht Transgene, die in Drosophila Neuronen exprimiert wurden, um diese abzutöten oder zu blockieren. Tetanus Neurotoxin erwies sich als sehr effizient, um chemische Synapsen zu blockieren. Synapsen, die aus einer chemischen und einer elektrischen Komponente bestehen, ließen sich dagegen mit einem ektopisch exprimierten humanen Kalium-Kanal zuverlässiger ausschalten. Es wurden drei Möglichkeiten verglichen, eine zeitliche Kontrolle über die Funktion von Neuronen zu erlangen. Keines der getesteten Systeme erwies sich als universell anwendbar, aber die durch Rekombination induzierte Tetanus Neurotoxin Expression ist ein vielversprechender Ansatz. Die aus dieser vergleichenden methodischen Studie gewonnenen Ergebnisse wurden angewendet, um die Rolle von Neuronen in sensorischen Systemen bei der Verarbeitung verschiedener sensorischer Informationen zu untersuchen. Chemische und mechanische Rezeptorneuronen konnten den olfaktorisch gesteuerten Verhaltensweisen beziehungsweise den lokomotorischen Leistungen, denen sie zu Grunde liegen, zugeordnet werden. Hauptthema der Arbeit ist die Suche nach Neuronen, die an der Bewegungsdetektion im visuellen System beteiligt sind. Dabei zeigte sich, daß weder L2 noch L4 Neuronen im ersten visuellen Neuropil essentiell für die Detektion von Bewegung sind. Vielmehr deuten die Ergebnisse darauf hin, daß die Bewegungsdetektion über das Netzwerk der amacrinen Zellen (a) erfolgt. Die für vertikale Bewegung sensitiven VS Zellen in der Lobula Platte erwiesen sich als nicht notwendig für die Verhaltensreaktionen auf vertikale Bewegungsreize. Daraus folgt auch, daß in der Strukturmutante optomotor blind das Fehlen der VS Zellen nicht ursächlich für die stark eingeschränkten Reaktionen auf vertikale Bewegung ist. Ein anderer Defekt in optomotor blind muß dafür verantwortlich sein. Die Arbeit zeigt das große Potential der beschriebenen Methoden zur Untersuchung der Informationsverarbeitung im Nervensystem von Drosophila. Einzelne Neuronengruppen konnten komplexen Verhaltensweisen zugeordnet werden und Theorien über die Informationsverarbeitung konnten in Verhaltensexperimenten mit transgenen Fliegen getestet werden. Eine weitere Verfeinerung der Methodik zur genetischen Intervention wird das Drosophila Gehirn zu einem noch besseren Modell für die Informationsverarbeitung in Nervensystemen machen.
N2  - Different transgenes that can be expressed in neurons to kill or block them were compared. Tetanus neurotoxin blocked chemical synapses very efficiently. Synapses consisting of a chemical and an electrical component were blocked more reliably by expressing a human inwardly rectifying potassium channel. To gain temporal control over neuronal function, three genetic tools have been investigated. None of the systems is without drawbacks, however, the recombination induced tetanus neurotoxin expression is a promising approach. The knowledge gained from the comparative methodological study was used to investigate the role of neurons in sensory systems in processing different sensory informations. Receptor neurons sensitive for chemical or mechanical stimuli were correlated to specific olfactory behaviors or locomotor tasks. The main topic of this thesis is the much discussed question of which neurons are involved in motion processing in the visual system of flies. Neither L2 nor L4 neurons in the first visual neuropil are essential for motion-detection. The results indicate that maybe motion is detected by the network of amacrine cells (a). The vertical motion-sensitive VS cells in the lobula plate are not necessary for behavioral responses to vertical motion. This finding implies that the lack of VS cells in the structural mutant optomotor blind is not causally related to the altered responses to motion stimuli. Other abnormalities in optomotor blind are responsible for this behavioral phenotype. This work shows the potential of the described methods in studying information processing in the Drosophila brain. Groups of neurons were correlated to complex behavioral responses and theories about information processing were tested by behavioral experiments with transgenic flies. The refinement of the genetic tools to interfere with neuronal function will make the Drosophila brain an even better model to study information processing in nervous systems.
KW  - Taufliege
KW  - Bewegungssehen
KW  - Neurophysiologie
KW  - Nervengift
KW  - Drosophila
KW  - Tetanus Neurotoxin
KW  - Bewegungsdetektion
KW  - Visuelles System
KW  - Lamina
KW  - Lobula Platte
KW  - Drosophila
KW  - Tetanus Neurotoxin
KW  - Motion detection
KW  - visual system
KW  - lamina
KW  - lobula plate
Y1  - 2002
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-680
ER  - 
TY  - THES
A1  - Porsch, Matthias
T1  - OMB and ORG-1
T1  - OMB und ORG-1
N2  - Members of the T-box gene family encode transcription factors that play key roles during embryonic development and organogenesis of invertebrates and vertebrates. The defining feature of T-box proteins is an about 200 aa large, conserved DNA binding motif, the T domain. Their importance for proper development is highlighted by the dramatic phenotypes of T-box mutant animals. My thesis was mainly focused on two Drosophila T-box genes, optomotor-blind (omb) and optomotor-blind related 1 (org-1), and included (i) a genetic analysis of org-1 and (ii) the identification of molecular determinants within OMB and ORG-1 that confer functional specificity. (i) Genetic analysis of org-1 initially based on a behavioral Drosophila mutant, C31. C31 is a X-linked, recessive mutant and was mapped to 7E-F, the cytological region of org-1. This pleiotropic mutant is manifested in walking defects, structural aberrations in the central brain, and "held-out" wings. Molecular analysis revealed that C31 contains an insertion of a 5' truncated I retrotransposon within the 3' untranslated transcript of org-1, suggesting that C31 might represent the first org-1 mutant. Based on this hypothesis, we screened 44.500 F1 female offspring of EMS mutagenized males and C31 females for the "held-out" phenotype, but failed to isolate any C31 or org-1 mutant, although this mutagenesis was functional per se. Since we could not exclude the possibility that our failure is due to an idiosyncracy of C31, we intended not to rely on C31 in further genetic experiments and followed a reverse genetic strategy . All P element lines cytologically mapping to 7E-7F were characterized for their precise insertion sites. 13 of the 19 analyzed lines had P element insertions within a hot-spot 37 kb downstream of org-1. No P element insertions within org-1 could be identified, but several P element insertions were determined on either side of org-1. The org-1 nearest insertions were used for local-hop experiments, in which we associated 6 new genes with P insertions, but failed to target org-1. The closest P elements are still 10 kb away from org-1. Subsequently, we employed org-1 flanking P elements to induce precise deletions in 7E-F spanning org-1. Two org-1 flanking P elements were brought together on a recombinant chromosome. Remobilization of P elements in cis configuration frequently results in deletions with the P element insertion sites as deficiency endpoints. In a first attempt, we expected to identify deficiencies by screening for C31 alleles. 8 new C31 alleles could be isolated. The new C31 chromosomes, however, did not carry the desired deletion. Molecular analysis indicated that C31 is not caused by aberrations in org-1, but by mutations in a distal locus. We repeated the P element remobilization and screened for the absence of P element markers. 4 lethal chromosomes could be isolated with a deletion of the org-1 locus. (ii) The consequences of ectopic org-1 were analyzed using UAS-org-1 transgenic flies and a number of different Gal4 driver lines. Misexpression of org-1 during imaginal development interfered with the normal development of many organs and resulted in flies with a plethora of phenotypes. These include a homeotic transformation of distal antenna (flagellum) into distal leg structures, a strong size reduction of the legs along their proximo-distal axis, and stunted wings. Like ectopic org-1, ectopic omb leads to dramatic changes of normal developmental pathways in Drosophila as well. dpp-Gal4/ UAS-omb flies are late pupal lethal and show an ectopic pair of wings and largely reduced eyes. GMR-Gal4 driven ectopic omb expression in the developing eye causes a degeneration of the photoreceptor cells, while GMR-Gal4/ UAS-org-1 flies have intact eyes. Hence, ectopic org-1 and omb induce profound phenotypes that are qualitatively different for these homologous genes. To begin to address the question where within OMB and ORG-1 the specificity determinants reside, we conceptionally subdivided both proteins into three domains and tested the relevance ofthese domains for functional specificity in vivo. The single domains were cloned and used as modules to assemble all possible omb-org-1 chimeric trans- genes. A method was developed to determine the relative expression strength of different UAS-transgenes, allowing to compare the various transgenic constructs for qualitative differences only, excluding different transgene quantities. Analysis of chimeric omb-org-1 transgenes with the GMR-Gal4 driver revealed that all three OMB domains contribute to functional specificity.
N2  - Die Mitglieder der T-box Genfamilie kodieren Transkriptionsfaktoren mit Schlüsselrollen in der Embryogenese und der Organentwicklung von Invertebraten und Vertebraten. Charakteristisch für T-box Proteine ist der Besitz einer T Domäne, eines ungefähr 200 Aminosäuren großen, homologen DNA Bindungsmotivs. Die Relevanz dieser Proteine in vielen Entwicklungsprozessen zeigt sich deutlich in den dramatischen Phänotypen von Tieren mit Mutationen in T-box Genen. Die vorliegende Arbeit konzentrierte sich vor allem auf das Studium von zwei Drosophila T-box Genen, optomotor-blind (omb) und optomotor-blind related 1 (org-1) und beinhaltet (i) eine genetische Analyse der org-1 Gens und (ii) die Identifikation der molekularen Determinanten innerhalb OMB und ORG-1, die den verwandten Proteinen ihre funktionelle Spezifität verleihen. (i) Die genetische Analyse des org-1 Gens stützte sich anfänglich auf die Drosophila Mutante C31. C31 ist eine X-gekoppelte, rezessive Mutation und wurde in den Bereich 7E-7F kartiert, in dem sich auch org-1 befindet. C31 Fliegen zeigen Defekte im Laufverhalten, Strukturdefekte im Zentralkomplex des Gehirns und eine Flügelfehlstellung. Eine Molekularanalyse ergab, daß C31 eine Insertion eines 5' verkürzten I Retrotransposons innerhalb des 3' untranslatierten org-1 Transkripts enthält und ließ vermuten, daß C31 das erste mutante org-1 Allel darstellen könnte. Dieser Hypothese folgend durchsuchten wir ca 44.500 F1 Weibchen aus der Kreuzung von EMS mutagenisierten Männchen mit C31 Weibchen auf den C31 Flügelphänotyp, konnten allerdings keine org-1 oder C31 Mutante isolieren. Da wir nicht ausschließen konnten, daß unser Scheitern durch eine Eigentümlichkeit der C31 Mutante verursacht wurde, verfolgten wir nun eine revers-genetische Strategie mit dem Ziel, P Element Insertionen im org-1 Gen zu isolieren. Alle Fliegenlinien mit P Elementen in 7E-7F wurden molekular charakterisiert und ihre Integrationsstellen präzise bestimmt. 13 der 19 analysierten Linien trugen ihre Insertionen in einem hot-spot ungefähr 37 kb distal zu org-1. Keine P Element Insertion konnte im org-1 Gens gefunden werden, jedoch wurden mehrere P Elemente auf beiden Seiten von org-1 identifiziert. Die beiden org-1 nächsten Insertionen wurden für mehrere local-hop Experimente verwendet, in denen wir 6 neue Gene mit P Insertionen assoziieren konnten, jedoch nicht org-1. Nachfolgend wurden zwei org-1 flankierende P Elemente verwendet, um präzise Deletionen über den org-1 Genlokus zu erzeugen. Zwei org-1 flankierende P Elemente wurden zunächst auf ein Chromosom rekombiniert. Die Remobilisierung von P Elementen in cis Anordnung führt häufig zu Deletionen mit den P Element Insertionsstellen als Defizienz-Endpunkten. In einem ersten Versuch erwarteten wir mutmaßliche Defizienzen als neue C31 Allele zu identifizieren. Acht C31 Allele konnten isoliert werden. Zu unserer Überraschung trugen diese neuen C31 Chromosomen aber nicht die gewünschte Deletion. Weitere Analysen ergaben, daß C31 nicht durch Mutationen im org-1 Gen verursacht wird, sondern durch Mutationen in einem distalen Gen. Wir wiederholten die P Element Remobilisierung, suchten nun aber auf Verlust der P Element-Marker nach Defizienzen. Vier lethale Chromosomen konnten isoliert werden, die eine Deletion über org-1 tragen. (ii) Die Konsequenzen einer ektopischen Expression von org-1 wurden mit Hilfe von UAS-org-1 transgenen Fliegen und einer Reihe Gal4 Treiberlinien studiert. Mißexpression von org-1 während der Imaginalentwicklung stört die normale Entwicklung in vielen Organen und führt zu Fliegen mit einer Vielzahl von Phänotypen. Diese beinhalten eine homeotische Transformation distaler Antennensegmente in distale Beinstrukturen, stark verkürzte Beine und verkrüppelte Flügel. Ebenso wie ektopische org-1 Expression bewirkt auch die ektopische Expression von omb eine dramatische Veränderung des normalen Entwicklungsprogramms. dpp-Gal4/ UAS-omb Fliegen sind puppal lethal und weisen ein ektopisches Flügelpaar und verkleinerte Augen auf. GMR-Gal4 getriebene ektopische omb Expression in der Augenentwicklung verursacht eine Degeneration der Photorezeptorzellen, während GMR-Gal4/ UAS-org-1 Tiere intakte Augen besitzen. Die ektopische Expression von omb und org-1 verursacht also jeweils deutliche, jedoch qualitativ sehr unterschiedliche Phänotypen für die homologen Gene. Um zu bestimmen, wo sich innerhalb der OMB und ORG-1 Proteine die Spezifitätsdeterminanten befinden, haben wir beide Proteine konzeptionell in drei Domänen unterteilt und die Bedeutung der einzelnen Domänen für funktionelle Spezifität mit Hilfe von chimären omb-org-1 Transgenen in vivo untersucht. Die Analyse der chimären omb-org-1 Transgene mit der GMR-Gal4 Treiberlinie ergab, daß alle drei OMB Domänen zur funktionellen Spezifität von OMB beitragen.
KW  - Taufliege
KW  - Transkriptionsfaktor
KW  - Embryonalentwicklung
KW  - Drosophila
KW  - Transkriptionsfaktor
KW  - chimär
KW  - Spezifität
KW  - Beinentwicklung
KW  - Drosophila
KW  - transcription factor
KW  - chimeric
KW  - specificity
KW  - appendage development
Y1  - 2002
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-3614
ER  -