Gesangskontrolle durch Neurone des Zentralkomplexes: Physiologische und immunzytochemische Untersuchungen an primären Zellkulturen aus dem Feldheuschreckengehirn

Abstract

Acridische Heuschrecken nutzen spezifische Gesangsmuster im Rahmen von Partnerfindung, Balz und Revierverhalten. Die Entscheidung ob Gesang ausgelöst wird und die Wahl des adäquaten Gesangsmusters unterliegt der Kontrolle des Gehirns, insbesondere dem Zentralkomplex und einer spezifischen Neuropilregion in der die Dendriten der Kommandoneurone verzweigen, welche die Ausführung der spezifischen Gesangsmuster steuern. Verhaltensrelevante sensorische Informationen werden zunächst analysiert und in den Zentralkomplex nachgeschaltet. Die dort generierte Erregung führt über die Kommandoneurone zur Ausführung eines Gesangsmusters, das der Verhaltenssituation angepasst ist.Verschiedene sensorische Systeme verschalten ihre Informationen in den Zentralkomplex und beeinflussen die Entscheidung ob es angemessen ist mit dem entsprechend Stridulationsmuster zu reagieren oder nicht. Verschiedene exzitatrorische und inhibitorische Transmitter des Zentralkomplexes (exzitatorische Transmitter/Second Messenger: ACh, Proktolin/cAMP. IP3/DAG: inhibitorische Transmitter: GABA, Glycin, NO/cGMP), sowie ihre Beteiligung an der Gesangskontrolle über ionotrope und metabotrope Rezeptoren konnte bereits gezeigt werden.Um die Neurone des Zentralkomplexes zu identifizieren, die die relevanten sensorischen Stimuli integrieren und an der Auswahl der Gesangsmuster beteiligt sind, wurde ein in vitro Ansatz verfolgt. Zunächst wurden die Heuschrecken in einem Versuchsaufbau platziert, dass die Druckinjektion kleiner Mengen gelöster Pharmaka ermöglicht. In bestimmten Regionen des Protocerebrums, an denen entweder spezifische Gesangsmuster pharmakologisch ausgelöst werden können oder pharmakologisch ausgelöster Gesang durch Inhibition der beteiligten Signalwege geblockt werden kann, wurde ein fluoreszenzgekoppeltes Dextran als vitaler Tracer coinjiziert. Dextrane werden von intakten Neuronen postsynaptisch aufgenommen und markierten somit die Neurone, die potentiell direkt von aktivierenden oder inhibierenden Substanzen beeinflusst wurden. Nach der Dissoziierung des Heuschreckengehirns und Primärkultivierung, konnten die zuvor markierten Neurone anhand ihrer Fluoreszenz identifiziert und ihre Reaktionen auf spezifische, das Gesangsverhalten beeinflussende Substanzen im Detail untersucht werden.Zusätzlich wurden die primären Zellkulturen für optische Ableitungen vorbereitet. Während Kalziumimaging wurden die kultivierten Neurone Substanzen ausgesetzt, von denen bekannt ist, dass sie an der Generierung der erregenden Potentiale zur Kontrolle der Gesangsmuster beteiligt sind. Die physiologischen Daten wurden durch nachfolgenden immunzytochemischen Nachweis von an der spezifischen Signaltransduktion beteiligter Transmitter und anderer zelluläre Komponenten ergänzt. Anhand ihres pharmakologischen Profils wurden die Neurone klassifiziert und ihr potentieller Beitrag an der Stridulationskontrolle des Zentralkomplexes auf der Basis des vorhandenen Wissens aus vorhergehenden pharmakologischen und Verhaltensstudien abgeschätzt.