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| Um Futterquellen zu finden oder Gefahren zu meiden sind Entscheidungsprozesse für Drosophila melanogaster überlebenswichtig. Wenn wildtypischen Fliegen die Wahl zwischen einer Futter-Duftquelle ohne und mit 5% Ethanol gegeben wird, dann präferieren die Fliegen die Alkohol-haltige Futterquelle (Ogueta et al., 2010). Das Verhalten wird hervorgerufen durch einen olfaktorischen Stimulus (Schneider et al., 2012). Wenn die Geruchsinformationen verarbeitet werden, muss die Entscheidung sich einer Geruchsquelle zu nähern in Bewegung umgesetzt werden. Zudem kann bei Fliegen negative Geotaxis beobachtet werden. Fliegen klettern hierbei nach oben, nachdem sie herunter geklopft wurden (Kamikouchi et al., 2009). Die Laufgeschwindigkeit der Fliegen in einem negativen Geotaxis Experiment dient zur Analyse von Fortbewegungsverhalten (Strauss und Heisenberg, 1993). Der Neurotransmitter Serotonin (5-HT) moduliert Geruchsverarbeitung im Antennallobus von Drosophila (Dacks et al., 2007). Durch die Fütterung von 5-HTP (Vorstufe von Serotonin) erhöhte Serotoninspiegel resultieren in eingeschränkter Bewegungsaktivität (Yuan et al., 2006). Die Rolle, die Serotonin in Ethanolpräferenz spielt, wurde bisher noch nicht analysiert. Darüber hinaus ist nicht klar, ob Serotonin an der Fortbewegung bei negativer Geotaxis beteiligt ist.
Um die Rolle von Serotonin in olfaktorischer Ethanolpräferenz zu analysieren, wurde die Funktion des Serotonin-Transporters (SERT) in olfaktorischer Ethanolpräferenz untersucht. SERT ist der Schlüsselregulator in der Serotonin-Signalweiterleitung. Er entfernt Serotonin aus dem synaptischen Spalt durch Serotonin-Wiederaufnahme in die Präsynapse. Dadurch wird die Wirkung von Serotonin im synaptischen Spalt beendet. Obwohl verschiedene dSERT Mutanten unterschiedlich veränderte dSERT Transkriptlevel aufweisen, haben Western Blots gezeigt, dass dSERT auf Protein-Ebene in allen dSERT Mutanten stark reduziert ist. Der Verlust der dSERT Expression korreliert mit einer veränderten Fortbewegung, da dSERT16 Mutanten keine negative Geotaxis zeigen und das Kletterverhalten bei dSERT18 Mutanten ebenfalls beeinträchtigt ist. Auch die olfaktorische Ethanolpräferenz der dSERT Mutanten wurde getestet. Die dSERT16 Mutanten konnten sich weder für Futter mit Ethanol noch für Futter ohne Ethanol entscheiden. Dieses Ergebnis suggeriert, dass Serotonin ein negativer Regulator ist, weil erhöhte Serotoninlevel zu reduzierter Kletterfähigkeit und einem Verlust an olfaktorischer Ethanolpräferenz führt. Um die genaue Rolle von Serotonin in olfaktorischer Ethanolpräferenz zu bestimmen, wurde eine dominant-negative Version des Serotonin-transporters, welcher Serotonin nicht binden kann, in unterschiedlichen Neuronen im Fliegengehirn exprimiert, wodurch dort die Serotonin Signalweiterleitung erhöht wurde. Die Expression dieses modifizierten Transporters in Neuronen, die durch die TPH-GAL4 angesprochen werden, führte zu einer Verminderung der Ethanolpräferenz. Dies passiert aufgrund der verlängerten 5-HT-Signalweiterleitung, da ein ähnlicher Phänotyp beobachtet werden kann, wenn Fliegen mit dem Serotonin-Vorläufer 5-HTP gefüttert werden, was zu einem erhöhten Niveau von 5-HT führt (Schläger, 2013). Der Präferenzphänotyp liegt nicht an Fortbewegungsproblemen, da TPH-GAL4/UAS-SERTDN Fliegen normales Geotaxis-Klettern aufweisen. Diese Ergebnisse zeigen, dass die Erhöhung des Serotoninspiegels Ethanolpräferenz unterdrückt und die Teilmenge von serotonergen Neuronen, die durch die TPH-GAL4 angesprochen werden, für olfaktorisches Ethanol-induziertes Verhalten erforderlich ist. Wenn die dSERT Funktion in SERT3-GAL4 abhängigen serotonergen Neuronen gestört wird, ist eine verminderte Ethanolpräferenz zu beobachten. Allerdings zeigen diese Fliegen robuste Fähigkeit im Klettern. Eine Untergruppe von sechs serotonergen Neuronen im IP, LP1 und SE1 Cluster wurden gefunden. Vier gemeinsame serotonergen Neuronen im IP und LP1 Cluster können nach Vergleich neuronale Expressionsmuster von SERT3-GAL4 mit TPH-GAL4 bestimmt werden. Das bedeutet, dass Ethanolpräferenz in diesen vier serotonergen Neuronen des IP und LP1 Clusters im Gehirn vermittelt wird. Überraschenderweise verändert die Expression von UAS-SERTDN in TRH-GAL4-abhängigen Neuronen, welche 83% der serotonergen Neuronen im ZNS abdecken, nicht die Ethanolpräferenz. Neben den Neuronen, die sowohl von der TPH-GAL4 als auch in SERT3 GAL4-Treiberline angesprochen werden, konnten zusätzliche serotonergen Neuronen im CSD, DP und im Abdominalganglion nachgewiesen werden. Diese Daten legen nahe, dass ein weiterer serotonerger neuronaler Schaltkreis besteht, der Ethanolpräferenz moduliert. Um zu überprüfen, dass die Präferenz nicht auf unterschiedlicher Expressionsstärke der verschiedenen GAL4 Expressionen basierte, wurde UAS-SERTDN simultan in SERT3-GAL4 und TRH-GAL4 assoziierten Neuronen exprimiert. Hierbei konnte keine Veränderung der Präferenz beobachtet werden. Ebenfalls keine Veränderung der Präferenz wurde gezeigt, wenn UAS-SERTDN in SERT3-GAL4/RN2-E-GAL4 Neuronen exprimiert wird. Diese Fliegen zeigten jedoch Kletterdefekte in negativer Geotaxis. Die RN2-E-GAL4 Linie treibt CSD Neurone im Gehirn und in einem Cluster im Abdominalganglion. Serotonerge Zellen im CSD Cluster und im Abdominalganglion sind daran beteiligt Ethanolpräferenz zu vermitteln.
Abschließend ist zu sagen, dass dSERT an der Modulation von olfaktorischem Präferenzverhalten und negativer Geotaxis beteiligt ist. Serotonin wirkt als negativer Modulator in Ethanolpräferenz. Erhöhter Serotoninspiegel führt zu reduzierter Ethanolpräferenz wobei vier serotonerge Neurone im IP und LP1 Cluster dieses Verhalten vermitteln. Der Präferenzphenotyp ist nicht hervorgerufen durch Defekte in der Bewegungsfähigkeit. Ein weiterer serotonerger Schaltkreis ist wahrscheinlich für die Vermittlung von olfaktorischer Ethanolpräferenz in Drosophila melanogaster beteiligt. | German |
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