Morphological and functional examination of neuropeptides in the circadian system of Rhyparobia maderae with special focus on myoinhibitory peptides

Die circadiane Uhr terrestrischer Organismen erlaubt die Anpassung von Physiologie und Verhalten an 24 h Rhythmen der Umwelt wie beispielsweise den täglichen Licht-Dunkel-Wechsel. Rhyparobia maderae wurde als Organismus zur Forschung an der inneren Uhr etabliert. Die circadiane Uhr der Madeira Schabe ist die akzessorische Medulla (AME) im optischen Lobus, welche von etwa 240 Neuronen innerviert wird. Diese Neuronen exprimieren und kolokalisieren auffällig viele Neuropeptide, die als Neuromodulatoren/Neurotransmitter des Uhrnetzwerks fungieren. Ich habe die Rolle der myoinhibitorischen Peptide (MIPs) und des ion transport peptide (ITP) in Schaltkreisen des circadianen Systems von R. maderae untersucht. Dabei habe ich mich auf Eingangsbahnen fokussiert, welche die Uhr an externe Rhythmen koppeln, ebenso wie auf Ausgangsnetzwerke, die circadiane Rhythmen der Physiologie und des Verhaltens steuern. Immunzytochemische Mehrfachfärbungen, histochemische Methoden und backfills ermöglichten die neuropeptiderge Charakterisierung von Eingangsbahnen, welche die innere Uhr an den Licht-Dunkel-Wechsel anpassen. Vermutlich wird die Lichtinformation vom Komplexauge direkt in der proximalen Lamina (kurze Photorezeptorzellen) und indirekt über MIP-immunreaktive (ir) mediale Neurone (MNes) mit Verzweigungen in den Medullaschichten ME2-4 von langen Photorezeptorzellen an zwei Ensembles von pigment-dispersing factor (PDF)-ir circadianen Schrittmacherneuronen vermittelt. Je ein Netzwerk scheint dabei als Morgen (M)- oder Abend (E)-Oszillatornetzwerk die circadiane Uhr an den Sonnenauf- oder -untergang anzukoppeln. Das größte PDF-ir Neuron empfängt vermutlich Eingänge aus dem extraokularen photorezeptiven Lamina- und Lobulaorgan, setzt PDF am Tag frei und stabilisiert antagonistisch die Phasenlage des M- zum E-Netzwerk. Injektionen von MIPs oder mip precursor (mip-pre) knockdown Experimente via RNA Interferenz in Kombination mit Verhaltensversuchen lassen die differentielle Beteiligung mehrerer MIPs an der Steuerung von M- und E-Oszillatoren vermuten. Die MIPs stabilisieren zudem Ruhe-Aktivitäts-Zyklen. Dabei kompensieren bestimmte Neuropeptide das Fehlen anderer, was für eine komplexe Modulierbarkeit des Systems durch die Freisetzung von Neuropeptiden abhängig von der Tageszeit und dem physiologischen Zustand des Tiers spricht. Auch ITP wurde in Neuronen des circadianen Netzwerks identifiziert. Eine Aufgabe von ITP in den Oszillatornetzwerken wurde aber noch nicht gefunden. Eine mip-pre knockdown abhängige Veränderung der Körpergröße deutet auf Funktionen von MIPs im Metabolismus der Weibchen während der Reproduktion. Die Ausgangsnetzwerke, die dafür verantwortlich sind, sowie die Verknüpfung der identifizierten ITP-ir neurosekretorischen Zellen mit dem circadianen System müssen noch in zukünftigen Arbeiten untersucht werden.