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    Sonderforschungsbereich 1047

    Projekt A5 Kittel/Langenhan

    Circadiane Plastizität von Synapsen bei Drosophila melanogaster

    Zusammenfassung

    Synaptische Plastizität ist eine grundlegende Eigenschaft synaptischer Kommunikation, welche die Modifikation von Neurotransmission durch Aktivität oder externe Signale ermöglicht. Uhrneurone speisen circadiane Impulse in das synaptisch verbundene Nervensystem ein, um physiologische Prozesse zu modifizieren. Obwohl gezeigt werden konnte, dass neuronale Morphologie und Erregbarkeit täglich rhythmischen Schwankungen ausgesetzt sind, ist erstaunlich wenig darüber bekannt, wie circadiane Plastizität die molekulare Komposition und Funktion von Synapsen beeinflusst. Dieses Projekt wird sich grundlegenden Fragestellungen bezüglich des Einflusses circadianer Rhythmik auf die synaptische Proteinkomposition in Drosophila melanogaster widmen.

    Speziell wird untersucht werden, ob rhythmische Fluktuationen synaptischer Proteine funktionelle synaptische Veränderungen vermitteln. Die Expression von Proteinen, welche an der Transmitterfreisetzung an aktiven Zonen und der postsynaptischen Signalrezeption beteiligt sind, wird zu verschiedenen Zeitpunkten des circadianen Zyklus evaluiert und mit dem funktionellen Staus einzelner Synapsen korreliert werden. Dabei werden fluoreszensmikroskopische Techniken und elektrophysiologische Ableitungen mit Einzelzellauflösung zum Einsatz kommen.

    Um darüber hinaus synaptische Proteinlevel unter Bedingungen gestörter circadianer Rhythmik zu untersuchen, wird die transgene Expression der Protease des Tobacco etch virus (TEV) mit TEV-spaltbaren Uhrproteinen kombiniert werden. Dieser Ansatz soll es ermöglichen, die Auswirkungen eines akuten Abschaltens der biologischen Uhr auf die Generierung rhythmischer Fluktuationen von Synapsenproteinen in individuellen Neuronen zu studieren.

    Publikationen

    • Scholz, N., Guan, C., Nieberler, M., Grotemeyer, A., Maiellaro, I., Gao, S., Beck, S., Pawlak, M., Sauer, M., Asan, E., Rothemund, S., Winkler, J., Prömel, S., Nagel, G., Langenhan, T., and Kittel, R. J. (2017) Mechano-dependent signaling by Latrophilin/CIRL quenches cAMP in proprioceptive neurons, eLife (Bellen, H. J., Ed.) 6, e28360--.
       
    • Ehmann, N., Owald, D., and Kittel, R. J. (2017) Drosophila active zones: from molecules to behaviour, Neuroscience research.
       
    • Backhaus, P., Langenhan, T., and Neuser, K. (2016) Effects of transgenic expression of botulinum toxins in Drosophila, Journal of neurogenetics 30, 22--31.
       
    • Riemensperger, T., Kittel, R. J., and Fiala, A. 'e. (2016) Optogenetics in Drosophila neuroscience, Optogenetics: Methods and Protocols 167--175.
       
    • Nieberler, M., Kittel, R. J., Petrenko, A. G., Lin, H. -H., and Langenhan, T. (2016) Control of adhesion GPCR function through proteolytic processing. In Adhesion G Protein-coupled Receptors, p 83--109.
       
    • Scholz, N., Monk, K. R., Kittel, R. J., and Langenhan, T. (2016) Adhesion GPCRs as a putative class of metabotropic mechanosensors. In Adhesion G Protein-coupled Receptors, p 221--247.
       
    • Maiellaro, I., Lohse, M. J., Kittel, R. J., and Calebiro, D. (2016) cAMP signals in Drosophila motor neurons are confined to single synaptic boutons, Cell reports 17, 1238--1246.
       
    • Kittel, R. J., and Heckmann, M. (2016) Synaptic vesicle proteins and active zone plasticity, Frontiers in synaptic neuroscience 8, 8.
       
    • Langenhan, T., Piao, X., and Monk, K. R. (2016) Adhesion G protein-coupled receptors in nervous system development and disease, Nature Reviews Neuroscience.
       
    • Scholz, N., Gehring, J., Guan, C., Ljaschenko, D., Fischer, R., Lakshmanan, V., Kittel, R.  J., and Langenhan, T. (2015) The Adhesion GPCR Latrophilin/CIRL Shapes Mechanosensation, Cell Reports 11, 866 - 874.
       
    • Monk, K. R., Hamann, J., Langenhan, T., Nijmeijer, S., Schöneberg, T., and Liebscher, I. (2015) Adhesion G Protein–Coupled Receptors: From In Vitro Pharmacology to In Vivo Mechanisms, Molecular Pharmacology 88, 617-623.
       
    • Langenhan, T., Barr, M. M., Bruchas, M. R., Ewer, J., Griffith, L. C., Maiellaro, I., Taghert, P. H., White, B. H., and Monk, K. R. (2015) Model Organisms in G Protein–Coupled Receptor Research, Molecular Pharmacology 88, 596-603.
       
    • Hamann, J., Aust, G., Araç, D., Engel, F. B., Formstone, C., Fredriksson, R., Hall, R. A., Harty, B. L., Kirchhoff, C., Knapp, B., Krishnan, A., Liebscher, I., Lin, H. -H., Martinelli, D. C., Monk, K. R., Peeters, M. C., Piao, X., Prömel, S., Schöneberg, T., Schwartz, T. W., Singer, K., Stacey, M., Ushkaryov, Y. A., Vallon, M., Wolfrum, U., Wright, M. W., Xu, L., Langenhan, T., and Schiöth, H. B. (2015) International Union of Basic and Clinical Pharmacology. XCIV. Adhesion G Protein–Coupled Receptors, Pharmacological Reviews 67, 338-367.
       
    • Paul, M. M., Pauli, M., Ehmann, N., Hallermann, S., Sauer, M., Kittel, R. J., and Heckmann, M. (2015) Bruchpilot and Synaptotagmin collaborate to drive rapid glutamate release and active zone differentiation, Frontiers in cellular neuroscience, Frontiers Media SA 9.
       
    • Ehmann, N., Sauer, M., and Kittel, R. J. (2015) Super-resolution microscopy of the synaptic active zone, Frontiers in cellular neuroscience, Frontiers Media SA 9.
       
    • Ehmann, N., van de Linde, S., Alon, A., Ljaschenko, D., Keung, X. Z., Holm, T., Rings, A., DiAntonio, A., Hallermann, S., Ashery, U., and others,. (2014) Quantitative super-resolution imaging of Bruchpilot distinguishes active zone states, Nature communications, Nature Publishing Group 5.
       
    • Dawydow, A., Gueta, R., Ljaschenko, D., Ullrich, S., Hermann, M., Ehmann, N., Gao, S., Fiala, A. 'e, Langenhan, T., Nagel, G., and others,. (2014) Channelrhodopsin-2--XXL, a powerful optogenetic tool for low-light applications, Proceedings of the National Academy of Sciences 111, 13972--13977.
       
    • Pr"omel, S., Langenhan, T., and Aracc, D. (2013) Matching structure with function: the GAIN domain of adhesion-GPCR and PKD1-like proteins, Trends in pharmacological sciences 34, 470--478.
       

    Kontakt/Contact

    Dr Robert J Kittel
    Institute of Physiology, Neurophysiology
    University of Würzburg
    Röntgenring 9
    D-97070 Würzburg, Germany

    Phone: +49 (0)931 31 86046
    Mail: robert.kittel@uni-wuerzburg.de
    Web:  www.kittel-lab.com

    Prof. Tobias Langenhan, M.D. D.Phil. (Oxon)
    Institute of Physiology, Neurophysiology
    University of Wuerzburg
    Röntgenring 9
    D-97070 Würzburg, Germany

    Phone: +49 (0)931 31 88681
    Mail: tobias.langenhan@uni-wuerzburg.de
    Web:  www.langenhan-lab.org