Synaptic and peptidergic connectome in the marine annelid Platynereis dumerilii

Abstract

Platynereis dumerilii ist ein meeresbewohnender Annelid mit einer kosmopolitischen geographischen Verbreitung. Wegen seiner Ursprünglichkeit und phyletischen Position ist Platynereis ein bemerkenswerter Modellorganismus für die Biologie der Invertebraten. Ich habe in meiner Doktorarbeit das einfache Nervensystem dieses Wurms untersucht. Ich habe einen elektronmikroskopischen Datensatz benutzt um die apikale Gehirnstruktur (das größte neurosekretorische Zentrum der Larve) und die Motorneuronen für die ziliäre Fortbewegung zu rekonstruieren. Durch die Erforschung dieser Gehirnstrukturen hatte ich die Möglichkeit, zwei wichtige Arten der Signalübertragung – synaptische und peptiderge – im Larvengehirn zu studieren. Ich habe eine Calcium-Imaging-Methode in Platynereis entwickelt, um die Funktion der rekonstruierten neuronalen Schaltkreise zu analysieren, und um das larvale Verhalten zu verstehen. Außerdem habe ich transgene Marker, Antikörperfärbung, und Einzelzelltranskriptom-Daten benutzt, um einzelne Neurone des Netzwerks zu identifizieren. Das Calcium-Imaging ergab, dass ein autonomes Netzwerk von Motorneuronen die Zilienaktivität reguliert, wobei Neurone mit unterschiedlichen Neurotransmitterprofilen auch unterschiedliche Aufgaben erfüllen (z. B. das Schwimmen beginnen oder enden zu lassen). Das apikale Nervensystem von Platynereis besteht aus 70 sensorischen Neuronen und 8 Interneuronen. Es gelang mir, mehrere Neurone eindeutig zu identifizieren und ihre peptiderge Identität zu bestätigen. Ich habe die elektronmikroskopische Rekonstruktion als Referenz benutzt und ein Netzwerk von Peptiden und Rezeptoren ergänzt. Meine Kollegen und ich haben ein locker verbundenes peptiderges Netzwerk entdeckt, das sowohl synaptisch als auch chemisch mit dem Rest des Nervensystems verbunden ist. Ich konnte durch Calcium-Imaging den neuromodulatorischen Effekt eines der Neuropeptide analysieren und zeigen, wie die sensorische Information aus dem apikalen Nervensystem die ziliäre Fortbewegung reguliert. Insgesamt trägt die vorliegende Arbeit dazu bei, larvales Verhalten und das zugrundeliegende larvale Nervensystem besser zu verstehen. Ich habe Konnektomik mit funktionellen Analysen kombiniert, um die „primäre Sprache des Nervensystems“ zu entziffern.