Ein räumliches Orientierungsgedächtnis im Zentralkomplex von Drosophila melanogaster und die spezifische Rolle von ellipsoid-body-open

In der vorliegenden Arbeit wurden zwei Strukturmutationslinien von Drosophila melanogaster, grf und ebo, hinsichtlich ihres Lauf- und Orientierungsverhaltens im Buridanschen sowie im Detour-Paradigma untersucht. Als Kernthema der Arbeit entwickelte sich rasch die molekulare Analyse von ebo in Bezug auf das räumliche Orientierungsgedächtnis, da ebo-mutante Fliegen Letzteres nicht zeigen. Durch Wiederherstellen der EBO-Funktion kann der Verhaltensphänotyp der ebo-Mutante in jeder Ringneuronengruppe des Ellipsoidkörpers gerettet werden, jedoch nicht der Strukturdefekt. Zudem wird zur Ausbildung des Orientierungsgedächtnisses EBO nicht während der Entwicklung, sondern akut benötigt. Aufgrund der Tatsache, dass ebo für das nukleäre Protein Exportin6 codiert, und selbiges für den Export von Aktin-Profilin-Komplexen aus dem Zellkern verantwortlich ist (STÜVEN ET AL., 2003), zeigen ebo-Tiere nukleäre Aktin-Akkumulationen sowohl während der Entwicklung in Speicheldrüsen als auch im adulten Gehirn, was mittels Expression eines Actin::GFP-Fusionsproteins gezeigt wurde. Die genetischen Interaktionsexperimente zeigen, dass der anatomische Defekt von ebo durch eine reduzierte Aktin-Polymerisation erfolgt, für den Verhaltensphänotyp jedoch die Aktin-Anreicherung in den Zellkernen von Ringneuronen des Ellipsoidkörpers ursächlich ist. Die erstaunliche Redundanz der Ringneurone in Bezug auf die Rettung des Verhaltensphänotyps legt nahe, dass diffusible Faktoren eine wichtige Rolle für die Ausbildung eines Orientierungsgedächtnisses spielen. Bezüglich dieser Hypothese konnte nachgeweisen werden, dass durch FMRFamid-RNAi in R2- und R4-Ringneuronen des Ellipsoidkörpers das Orientierungsgedächtnis zerstört wird. Eine daraufhin durchgeführte Antikörperfärbung gegen pro-FMRFa in wildtypischen und ebo-mutanten Gehirnen ergab jedoch keine Verschiedenheit die Menge oder Lokalisation betreffend. Die bei ebo vorhandene Anreicherung von Aktin im Zellkern bewirkt, dass die Aktin-Monomere im Nucleus an den Cofaktor dMRTF (Mrtf) binden und diesen somit inaktivieren. Dadurch kann der Transkriptionsfaktor dSRF (bs) nicht mehr durch dMRTF aktiviert werden, was den Orientierungsgedächtnis-Verlust bewirkt. Da es jedoch unwahrscheinlich ist, dass ein Gedächtnis, welches nur wenige Sekunden andauert, von Transkriptionsregulation abhängt, könnte dSRF auch die Genexpression von Molekülen, die schnelle Veränderungen synaptischer Transmission der Ringneurone vermitteln, modulieren. Für die Zukunft wäre es demnach von enormer Bedeutung, weitere Zielgene von dSRF aufzuklären und zu analysieren.

In this work the two structural mutants grf and ebo were analyzed concerning their walking and orientation behavior in the Buridans and Detour paradigm. Quickly the molecular analysis of ebo regarding its loss of a spatial orientation memory evolved as maintopic. Via recovery of EBO-function the behavioral phenotype of ebo can be rescued in any type of ring neurons of the ellipsoid-body but the structural defect cannot. Besides, EBO is not required during development but only in adult ring neurons to mediate the orientation memory function. Due to the fact that ebo encodes the protein Exportin6, which is responsible for the nuclear export of Actin-Profilin-complexes (STÜVEN ET AL., 2003), ebo mutants show nuclear Actin-accumulation both in larval salivary glands and adult brains. This was shown via expression of an Actin::GFP-fusionprotein. The differential genetic interaction studies revealed that the anatomical defect of ebo is due to reduced Actin-polymerization, but that the behavioral phenotype is caused by the Actin-accumulation in the nucleus of ring neurons. The astonishing redundancy of the ring neurons regarding the behavioral rescue leads to the hypothesis, that there are diffusible factors which are important for a spatial orientation memory. With regard to this assumption it was possible to demonstrate that via FMRFa-RNAi in R2- and R4-ring neurons the orientation memory is destroyed. However, an antibody staining against pro-FMRFa in wildtype and ebo-mutant adult brains showed no difference in amount or location of FRMFa in the ellipsoid-body. The nuclear accumulation of Actin in ebo induces the binding of dMRTF (Mrtf) to G-Actin, which inactivates dMRTF. Therefore the transcriptional regulator dSRF (bs) cannot be activated via dMRTF and that results in the loss of a spatial orientation memory. It is doubtful that a memory of only a few seconds depends on the modulation of transcription. Instead, dSRF probably regulates the expression of genes, which lead to changes in synaptic transmission of the ring neurons. Thus, it would be interesting to detect and analyze further target genes of dSRF for future experiments regarding the spatial orientation memory.