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    Lehrstuhl für Neurobiologie und Genetik
    Bild Drosophila

    Der Forschungsschwerpunkt der AG Förster liegt auf der Erforschung der Inneren Uhr von Drosophila und ausgewählten anderen Insekten

    • Neuronales Netzwerk der Inneren Uhr
    • Synchronisation der Inneren Uhr durch Licht
    • Rolle von Rhodopsinen in der Photo-, Mechano- und Thermosensorik
    • Life-imaging an Uhrneuronen
    • Circadiane Uhr und Tageslängenmessung
    • Photoperiodische Anpassungen
    • Bedeutung der Inneren Uhr für das Überleben
    Charlotte Förster
    Bild Professor Förster

    Forschungsinteresse

    Mein Hauptinteresse ist es, die Funktionsweise von inneren Uhren auf molekularer und neuronaler Ebene zu verstehen sowie aufzuklären wie innere Uhren auf die zyklischen Änderungen der Umwelt synchronisiert werden und wie sie Verhalten steuern. Da die Funktion von inneren Uhren im Tierreich stark konserviert ist, eignet sich die Taufliege Drosophila melanogaster wegen ihrer genetischen Zugänglichkeit am besten dazu, die meisten dieser Fragen zu untersuchen. In vergleichenden Studien untersuchen wir das neuronale Netzwerk der inneren Uhr von anderen Insekten, in erster Linie das von sozialen Insekten und von Insekten, dei eine photoperiodische Diapause zeigen.

    Spezifische Interessen sind:

    1. Die Rolle von Neuropeptiden im Uhrnetzwerk von Drosophila melanogaster und anderen Insektenarten
    2. Die Rolle von Dopamin, Serotonin und von Gliazellen bei der Schlafregulation von Drosophila melanogaster
    3. Die Rolle von Rhodopsinen und von Cryptochrom in der Synchronisation der Uhr auf natürliche Licht-Dunkel Zyklen
    4. Organisation und Funktion der Inneren Uhr bei ausgewählten Bienen- und Ameisenarten
    5. Organisation und Funktion der Inneren Uhr bei ausgewählten photoperiodischen Insekten wie Blattläusen, Feuerwanzen und diversen Fliegenarten
    6. Bedeutung des circadianen Uhrnetzwerkes für die Tageslängenmessung und die Anpassung an die Jahreszeiten

    Awards & Fundings

    Publikationen

    Pressemitteilungen

    Katharina Beer
    Bild Katharina Beer

    Forschungsinteresse

    Die Entwicklung einer Inneren Circadianen Uhr hilft den Tieren unseres Planeten sich an die täglichen und saisonalen Veränderungen in unserer Umwelt anzupassen. Für Honigbienen zum Beispiel ist das saisonal wechselnde Angebot an Blütenressourcen eine enorme Herausforderung. Die Circadiane Uhr ist beteiligt an Prozessen wie etwa der zeitkompensierten Sonnenkompass Orientierung der Honigbienen oder die altersabhängige Aufgabenverteilung im Bienenstock. Während Sammlerbienen eine sehr deutliche circadiane Rhythmik in ihrem Verhalten zeigen, sind bei Ammenbienen derartige Circadiane Rhythmen nicht zu beobachten.Die molekulare Basis für diese Rhythmik ist eine negative Rückkopplungsschleife, die im Wesentlichen aus den vier Uhrgenen period, cryptochrome-m, cycle und clock besteht. Aber auch andere Faktoren, wie das Neuropeptid PDF (Pigment Dispersing Factor), scheinen an der molekularen Uhr der Honigbiene beteiligt.Das Hauptziel meiner Doktorarbeit ist die Circadiane Uhr der Honigbiene (Apis mellifera) auf anatomischer und molekularer Ebene weiter zu charakterisieren und das durch die Innere Uhr gesteuerte Verhalten der Biene zu messen. Dabei ist die lokomotorische Aktivität einer individuellen Biene im Zusammenhang des sozialen Verbundes eines Bienenstockes von besonderem Interesse. Ein weiterer Teil meiner Arbeit besteht darin auch die Circadiane Uhr von anderen Tieren, die in den Kooperationsgruppen des SFB 1047 untersucht werden, zu charakterisieren. Zum Beispiel die solitär lebende Rote Mauerbiene (Osmia rufa) und die Erbsenblattlaus (Acyrthosiphon pisum).Publikationen

    Publikationen

    Enrico Bertolini
    Bild Ernico Bertolini

    Forschungsinteresse

    Tracking seasonal changes over the year is of particular importance for some insects to overwinter. It allows them to anticipate harsh environmental conditions which they can survive by undergoing a physiological state called diapause.

    Evidences of the presence of a photoperiodic clock that controls diapause induction are also suggesting the implication of the circadian clock. So far, the interconnection between these two timing mechanisms is not well understood in insects, also/mainly because unfortunately our favourite model organism, Drosophila melanogaster, shows a shallow photoperiodic diapause phenotype.

    My project is trying to understand the basis of photoperiodic and circadian timing in insect species that are known to posses a strong photoperiodic diapause response like the firebug Pyrrhocoris apterus and the fly Chymomyza costata at the neurobiological and molecular level.

    I am also working in the characterization of the circadian clock in two pest species for agricultural crops that are the olive fly Bactrocera oleae and the medfly Ceratitis capitata.

    Melanie Bunz
    Bild Melanie Bunz

    Forschungsinteresse

    Die Hauptaufgabe der Inneren Uhr ist es, die Aktivitäten von Insekten – wie zum Beispiel die Futtersuche, Nahrungsaufnahme, Fortpflanzung und Eiablage – zum richtigen Zeitpunkt des Tages zu steuern. Da sich die Umwelt im Laufe eines Jahres ständig verändert, zum Beispiel die Tageslänge, muss die circadiane Uhr durch Zeitgeber – wie Licht und Temperatur – mit der Umwelt synchronisiert werden. Durch das richtige Timing hat die Fliege einen selektiven Vorteil. Allerdings haben neue Studien gezeigt, dass auch ohne eine Innere Uhr ein gewisses Timing möglich ist.Daher untersuche ich in meiner Doktorarbeit, wie sich die Aktivitätsrhythmik von wildtypischen Fliegen und Uhrmutanten unterscheidet. Dabei lege ich den Schwerpunkt der Arbeit auf die Untersuchung der Inneren Uhr und wie diese von Licht, Temperatur, relativer Luftfeuchtigkeit und Ernährung beeinflusst wird. Unter natürlichen Bedingungen soll geklärt werden, welche Vorteile Fliegen mit Innerer Uhr – in Bezug auf die Fitness und Lebensdauer – gegenüber Fliegen ohne funktionierende Innere Uhr haben.Publikationen

    Publikationen

    Janina Kay
    Bild Janina Kay

    Forschungsinteresse

    Da Ameisen des Genus Camponotus zu den eusozialen Insekten zählen, sind sie täglich vielen Herausforderungen ausgesetzt, die das richtige Timing benötigen. Diese reichen vom Sammeln von Nektar, über die Pflege der Brut bis hin zur Fortpflanzung. Um derartiges Verhalten zu koordinieren verwenden Lebewesen eine Innere Uhr. Da das rhythmische Verhalten und die dem zugrundeliegende Innere Uhr von Camponotus noch nicht sehr gut untersucht sind, versuche ich die anatomischen und molekularen Eigenschaften, die die Basis dieser Uhr ausmachen, zu charakterisieren. Des weiteren untersuche ich Verhaltensmuster die mit der Uhr in Verbindung stehen, wobei mein Fokus auf lokomotorischer Aktivität liegt. Die Ziele meiner Arbeit sind es, die Sequenzen von Uhr-Genen zu identifizieren, diese und ihre Expressionslevel zu analysieren, anatomische Studien des der Uhr zugrundeliegenden neuronalen Netzwerks anzufertigen, den lokomotorischen Output der circadianen Uhr in bezug auf verschiedene Zeitgeber zu studieren, und letzten Endes verschiedene Camponotus-Arten und verschiedene Kolonien innerhalb dieser Arten miteinander zu vergleichen.

    Christiane Luibl
    Bild Christiane Luibl

    Forschungsinteresse

    Das neuronale Netzwerk der Inneren Uhr von Drosophila melanogaster besteht aus etwa 150 sogenannten Uhrneuronen, die im lateralen und dorsalen Protocerebrum lokalisiert sind. Man vermutet, dass die Zellkommunikation sowohl zwischen den Uhrneuronen untereinander als auch zwischen Uhrneuronen und möglichen anderen neuronalen Zielstrukturen hauptsächlich durch Neuropeptide erfolgt. Das wichtigste Peptid ist hierbei PDF (pigment dispersing factor), welches in unterschiedlichen Insektengruppen hochkonserviert vorliegt. Eine Störung des PDF-Signalwegs führt zu einer schwerwiegenden Beeinträchtigung des rhythmischen Verhaltens in Drosophila. Der Fokus meiner Doktorarbeit liegt in der Untersuchung und der Identifikation neuer möglicher „Uhr“-Neuropeptide. Potentielle Kandidaten hierfür sind das Neuropeptid F (NPF), das short Neuropeptide F (sNPF) und das Ion Transport Peptide (ITP). Ich versuche nun die Peptid Signalwege meist auf genetischem Wege zu manipulieren und die Auswirkungen dieser Manipulation dann auf neuronaler Ebene und auf der Ebene des circadianen Verhaltens zu untersuchen. Dabei wende ich in erster Linie Immunhistochemie, sowie Verhaltensanalyse, Live imaging und molekulargenetische Methoden an. 

    Publikationen

    Pamela Menegazzi
    Bild Pamela Menegazzi

    Forschungsinteresse

    Viele Organismen, angefangen von den Bakterien bis hin zu den Säugetieren, und somit auch der Mensch, besitzen eine biologische Uhr. Diese reguliert verschiedene Vorgänge, sowohl auf physiologischer, als auch auf Verhaltensebene und ermöglicht es ihnen sich an wiederkehrende Veränderungen der Umwelt anzupassen.Biologische Rhythmen werden in unserem Köper durch Oszillationen auf molekularer Ebene erzeugt und mit Hilfe von externen Reizen mit der Umwelt synchronisiert, wobei Licht und Temperatur die wichtigsten sog. „Zeitgeber“ sind. Viele Eigenschaften der circadianen Uhr von Drosophila melanogaster finden sich auch beim Menschen wieder. Es ist beispielsweise erwiesen, das Mutationen im menschlichen Per2 und Ck1 Gen, bei denen es sich um Drosophila-Orthologe von per bzw. Dbt handelt, zu einer Schlaf - assoziierten Symptomatik führen, dem sog. FASP, Familial Advanced Sleep Phase Syndrome (Erbliches Früh-Schlaf-Syndrom). D. melanogaster wurde daher und aufgrund weiterer Gemeinsamkeiten hinsichtlich der zugrunde liegenden Mechanismen der inneren Uhr häufig als Modellorganismus verwendet. Die circadiane Uhr der Taufliege Drosophila melanogaster basiert strukturell auf je 7 verschiedenen Gruppen von Uhrneuronen pro Gehirnhälfte, die jeweils in Abhängigkeit von ihrer Lage im Gehirn, indorsal und lateral untergliedert werden. In diesen Neuronen interagieren Uhrgene, wie z.B. period (per),timeless (tim), vrille (vri) und PAR-domain protein 1 (Pdp1) in verschalteten Rückkopplungsschleifen miteinander. Dabei regulieren die Uhrproteine ihre eigene Gentranskription, sowie die anderer Gene, deren Expression unter circadianer Kontrolle stehen. Bislang haben schon viele Studien dazu beigetragen, bestimmte Funktionen der verschiedenen Neurone besser verstehen zu können. Auf dem heutigen Stand ist klar, dass diese ein sehr kompliziertes Netzwerk bilden.In meiner Arbeit erforsche ich, wie verschieden Gruppen von Uhrneuronen auf Einflüsse aus der Umwelt reagieren. Dabei interessieren mich besonders die Auswirkungen, die bestimmte Kombinationen von Licht und Temperatur auf die Oszillation der Uhrproteine im Gehirn von wildtypischen Fliegen und Mutanten haben.

    Publikationen

    Dirk Rieger
    Bild Dirk Rieger

    Forschungsinteresse

    In der Hauptsache befasse ich mich mit der Erforschung des neuronalen Netzwerkes der Inneren Uhr von Drosophila melanogaster. Zu diesem Zweck führe ich Verhaltensanalysen, Mutantenscreenings, Histologie und Bioimaging durch. In meiner Doktorarbeit konnte ich bereits durch die Analyse histologischer Zeitreihenpräparate an der Aufklärung des „dual oscillator systems“ bei Drosophila melanogaster arbeiten. In einem nächsten Schritt möchte ich nun, die einzelnen neuronalen Oszillatoren der Taufliege, im lebenden Tier, über mehrere circadiane Zyklen hinweg beobachten. Durch die Manipulationen der Neuronen des Uhren-Netzwerkes soll dann deren Zusammenarbeit weiter aufgeklärt werden. Ein weiterer Forschungsschwerpunkt liegt in der Aufklärung der Mechanismen die zu einer Synchronisierung der Inneren Uhr von Drosophila führen. Hierbei liegt der Focus auf einer Simulation natürlicher Lichtbedingungen und deren Auswirkung auf die Synchronisation der Inneren Uhr. 

    Awards & Fundings

    Kooperationen

    Publikationen

     

     

    Pingkalai Senthilan
    Bild Pingkalai Senthilan

    Forschungsinteresse

    Mechano-, und photorezeptive Zellen werden durch die Transkriptionfaktoren der atonal und achaete-scute Familien spezifiziert. Ob wohl die molekulare Maschinerie hinter der Photosensorik relativ gut durchleuchtet ist, ist über die molekulare Maschinerie der Mechanotransduktion kaum etwas bekannt. Hören ist eine spezielle Form der Mechanosensorik. Ein  zugängliches System zur Sektion des Hörens ist das Johnstonsche Organ (JO), das auditorische Organ im zweiten Segment der Drosophila Antenne. Genexpressionsanalysen, die ich während meiner Doktorarbeit durchgeführt habe, zeigen, dass neben mechanosensorische Gene auch photosensorische Gene im Hörorgan der Drosophila JO exprimiert werden. Des Weiteren haben mechanische und elektrophysiologische Messungen ergeben, dass die Gene nicht nur im JO exprimiert werden, sondern auch deren Mutation zur schweren Hörbeeinträchtigung bei der Fliege führen. Im Allgemeinen scheint es so, als würden Gene, die bei der Photosensorik eine wichtige Rolle spielen, auch bei anderen sensorischen Modalitäten, wie z.B. beim Hören oder beim Thermosensorik, gebraucht werden. Diese vorläufigen Ergebnisse erweitern die bisher bekannten genetischen Parallelen der photo-und mechanosensorischen Zellen, um weitere Gemeinsamkeiten in der Signalverarbeitung. Ich beschäftige mich mit den molekularen Prozessen, die Mechanosensorik (speziell Hören) und Photosensorik zugrunde liegen. Ein besonderes Augenmerk liegt auf die entwicklungsgenetische Gemeinsamkeiten und Unterschiede zwischen den Modalitäten. Hierzu werden sowohl molekularbiologische, genetische, verhaltensbasierte als auch bioinformatische Methoden angewandt.

    Awards & Fundings

    Publikationen

    Frank Schubert
    Bild Frank Schubert

    Forschungsinteresse

    Ich bin interessiert an der funktionalen Anatomie des neuronalen Netzwerks der circadianen Uhr von Drosophila melanogaster. Die Innere Uhr der Taufliege besteht aus ca. 150 Neuronen, die in Subgruppen mit unterschiedlichen Eigenschaften im Zentralgehirn lokalisiert sind. Zahlreiche histologische Studien und Verhaltensanalysen von Uhrenmutanten haben gezeigt, dass die Anteile, die zur Erzeugung eines normalen Rhythmus beitragen, ungleich auf die Neuronensubgruppen verteilt sind.

    Durch neue thermo- und optogenetische Methoden, in Verbindung mit einem Luciferase-Reporter System, ist es mir möglich einzelne Neuronengruppen zu bestimmten Zeitpunkten gezielt zu manipulieren und den Effekt auf die Genexpression der Uhrenproteine ex vivo zu beobachten.

     

    Koustubh Vaze
    Bild Koustubh Vaze

    Forschungsinteresse

    Insects undergo ‘diapause’ a physiological state characterized by low metabolic rate and arrest of growth, reproduction to survive the hardship of winter. It is well known that diapause is induced by shortening day-length in autumn.  However, the mechanisms underlying day (or night) length measurement have remained elusive. I am trying to understand these mechanisms by using a judicious mixture of behavioural analysis, modelling, genetics and immuno-histochemistry in northern Drosophila species.

    Publikationen

    Adresse
    Lehrstuhl für Neurobiologie
    und Genetik
    Theodor-Boveri-Institut
    Biozentrum, Am Hubland
    97074 Würzburg

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    Fax: +49 931 31-844500
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