Neuroarchitecture and central regulation of peptidergic systems in the ventral ganglion of Drosophila melanogaster [Elektronische Ressource] = (Neuroarchitektur und zentrale Regulation von peptidergen Systemen im Ventralganglion von Drosophila melanogaster) / vorgelegt von Matthias Vömel

Matthias Vömel

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• Publié le: 01 janvier 2008
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Extrait

Neuroarchitecture and central regulation
of peptidergic systems in the ventral ganglion of
Drosophila melanogaster
(Neuroarchitektur und zentrale Regulation von peptidergen Systemen
im Ventralganglion von Drosophila melanogaster)
________________________________________________________________________
Dissertation zur Erlangung des Doktorgrades
der Naturwissenschaften (Dr. rer. nat.)
dem Fachbereich Biologie
der Philipps-Universität Marburg
vorgelegt von
Matthias Vömel
aus Seeheim-Jugenheim.
Marburg/Lahn, Mai 2008 Vom Fachbereich Biologie der Philipps-Universität Marburg
als Dissertation am . . angenommen.

Erstgutachter: Prof. Dr. Uwe Homberg
Zweitgutachter: Prof. Dr. Joachim Schachtner

Tag der mündlichen Prüfung am . . .
Contents
_________________________________________________________________________________
Erklärung: Eigene Beiträge und veröffentlichte Teile der Arbeit...................................................... 1
Zusammenfassung.............................................................................................................................. 3
Introduction........................................................................................................................................ 9
I. Neuroarchitecture of peptidergic systems in the larval ventral ganglion of
Drosophila melanogaster......................................................................................................... 27
II. Neuroarchitecture of aminergic systems in the larval ventral ganglion of
Drosophila melanogaster. 47
III. Neurotransmitter-induced changes in the intracellular calcium concentration suggest
a differential central modulation of CCAP neuron subsets in Drosophila.................................. 67
IV. A method for the synaptic isolation of CCAP neurons during calcium imaging experiments
in the intact central nervous system of Drosophila. .................................................................... 87
V. A method for the genetic silencing of nicotinic acetylcholine receptors on the
CCAP neurons of Drosophila. .................................................................................................... 95
VI. Venus-tagged peptides for the visualization of neuropeptide transport and release
in Drosophila............................................................................................................................... 103

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Erklärung: Eigene Beiträge und veröffentlichte Teile der Arbeit
Laut Promotionsordnung der Philipps-Universität Marburg (in der Fassung vom 12.4.2000) müssen bei Teilen
der Dissertation, die aus gemeinsamer Forschungsarbeit entstanden sind, „die individuellen Leistungen des
Doktoranden deutlich abgrenzbar und bewertbar sein.“ Da dies alle Kapitel meiner Dissertation betrifft, werde
ich meinen individuellen Beitrag zu jedem dieser Kapitel im Folgenden erläutern:
Kapitel I: „Neuroarchitecture of peptidergic systems in the larval ventral ganglion of Drosophila
melanogaster.“

• Durchführung und Auswertung von etwa einem Drittel der Experimente.

• Entwicklung der standardisierten schematischen Präsentation und Beschreibung von 3D-kartieren
Neuronen in der anterior-posterior Achse des larvalen Ventralganglions.

• Verfassen der Veröffentlichung in Zusammenarbeit mit den Mitautoren.

• Veröffentlichung: Santos JG, Vömel M, Struck R, Homberg U, Nässel DR, Wegener C. (2007).
PLoS ONE 2(8): e695.
Das vorliegende Kapitel entspricht der Veröffentlichung.
Kapitel II: „Neuroarchitecture of aminergic systems in the larval ventral ganglion of Drosophila
melanogaster.“

• Planung der Experimente in Zusammenarbeit mit Dr. Christian Wegener.

• Durchführung und Auswertung aller Experimente.

• Verfassen der Veröffentlichung in Abstimmung m

• Veröffentlichung: Vömel M, Wegener C. (2008). PLoS ONE 3(3): e1848.
Das vorliegende Kapitel entspricht der Veröffentlichung.
Kapitel III: „Neurotransmitter-induced changes in the intracellular calcium concentration suggest a
differential central modulation of CCAP neuron subsets in Drosophila.“

• Planung der Experimente in Zusammenarbeit mit Dr. Christian Wegener.

2+• Entwicklung und Umsetzung der Methoden zum Ca -Imaging mit genetisch kodierten Calcium-
Indikatoren in Zellkultur und im intakten Ventralganglion von Drosophila.

• Durchführung und Auswertung aller Experimente.

• Verfassen der Veröffentlichung in Abstimmung mit Dr. Christian Wegener.

• Veröffentlichung: Vömel M, Wegener C. (2007). Dev Neurobiol 67: 792-809.
Das vorliegende Kapitel entspricht der Veröffentlichung.
1Kapitel IV: „A method for the synaptic isolation of CCAP neurons during calcium imaging experiments in
the intact central nervous system of Drosophila.“

• Herstellen der transgenen Fliegenstämme in Zusammenarbeit mit Dr. Christian Wegener.

• Durchführung und Auswertung aller Experimente.

• Verfassen des Manuskripts in Abstimmung mit Dr. Christian Wegener.
Kapitel V: „A method for the genetic silencing of nicotinic acetylcholine receptors on the CCAP neurons of
Drosophila.“

• Planung der Experimente in Zusammenarbeit mit Dr. Christian Wegener.

• Durchführung und Auswertung aller Experimente.

• Verfassen des Manuskripts in Abstimmung m
Kapitel VI: „Venus-tagged peptides for the visualization of neuropeptide transport and release in
Drosophila.“

• Planung der Experimente.

• Herstellen der DNA-Konstrukte und transgenen Fliegen.

• Durchführung und Auswertung aller Experimente.

• Verfassen des Manuskripts in Abstimmung mit Dr. Christian Wegener.
Über diese Arbeiten hinaus habe ich im Rahmen meiner Doktorarbeit noch an thematisch verwandten Projekten
mitgewirkt, die für weitere Studien der AG Wegener von Bedeutung sind, aber nicht Teil meiner Dissertation
sind. Diese Projekte befassen sich mit der enzymatischen Prozessierung des CAPA-Präpropeptids und der
Spezifität verschiedener Prohormonkonvertasen von Drosophila. Die Ergebnisse dieser Projekte liegen bereits
teilweise vor, sind momentan aber noch nicht zur Veröffentlichung vorgesehen.
Außerdem habe ich die Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Joachim Schachtner in einem Projekt unterstützt, das zum
Ziel hatte, die Expression des Neuropeptids Mas-Allatotropin im Geruchssystem des Tabakschwärmers
Manduca sexta zu untersuchen. Die Ergebnisse dieses Projektes wurden bereits veröffentlicht, sind aber
ebenfalls nicht Bestandteil meiner Dissertation:
• Veröffentlichung: Utz S, Huetteroth W, Vömel M, Schachtner J. (2008). Mas-allatotropin in the
developing antennal lobe of the sphinx moth Manduca sexta: distribution, time course, developmental
regulation, and colocalization with other neuropeptides. Dev Neurobiol 68: 123-142.
Die Abfassung der Dissertation in englischer Sprache wurde vom Dekan des Fachbereichs Biologie am
09.04.2008 genehmigt.

2 Zusammenfassung
Neurone kommunizieren mit ihren Zielzellen über Botenstoffe, die man im allgemeinen drei Hauptgruppen
zuordnen kann, klassischen Neurotransmittern, Neuropeptiden und unkonventionellen Transmittern (wie z.B.
gasförmige Signalstoffe). Klassische Neurotransmitter sind typischerweise Aminosäuren oder
Aminosäurederivate, die in der Nähe der Präsynapse synthetisiert und in den synaptischen Spalt freigesetzt
werden. Dementsprechend dienen klassische Neurotransmitter meistens der lokalen Signalübertragung über
kurze Distanzen hinweg. Im Vergleich zu den klassischen Neurotransmittern sind Neuropeptide komplexere
Signalmoleküle, die im Zellkörper synthetisiert und sowohl an Synapsen als auch an nicht-synaptischen
Bereichen freigesetzt werden können. Werden Neuropeptide in den Blutkreislauf sekretiert, wirken sie häufig
als Neurohormone, die die Aktivität von entfernt gelegenen Zielzellen beeinflussen.
Da Neuropeptide in Wirbeltieren wie in Wirbellosen eine Vielzahl von essentiellen physiologischen
Vorgängen regulieren wie z.B. Lernen, Reproduktion und Wachstum, gibt es zahlreiche Untersuchungen
darüber, wo bestimmte Neuropeptide synthetisiert und ausgeschüttet werden, welche Zielzellen sie beeinflussen
und welche physiologische Funktion sie dabei erfüllen. Relativ unbekannt ist allerdings, wie die neuronale
Aktivität von peptidergen Neuronen und damit die Peptidfreisetzung vom zentralen Nervensystem kontrolliert
wird.
Die vorliegende Dissertation hatte deshalb zum Ziel, die zentrale Regulation von peptidergen Systemen im
ventralen Nervensystem der Drosophila Larve zu untersuchen. Die Arbeit besteht aus sechs Kapiteln, die zu
drei Themenkomplexen gehören:
• Beschreibung der Morphologie und Neuroarchitektur von peptidergen und potentiell interagierenden
aminergen Systemen im ventralen Nervensyst