https://opendata.uni-halle.de//handle/541532/3155 2026-03-14T09:44:38Z 2026-03-14T09:44:38Z Amin, Fatima https://opendata.uni-halle.de//handle/1981185920/124152 2026-02-16T21:00:29Z 2025-01-01T00:00:00Z

Title: Action, valence, dopamine - Drosophila as a study case Author(s): Amin, Fatima Abstract: In this thesis, my focus will be on the mechanistic relationships between action, valence and dopamine in adult fruit fly, Drosophila melanogaster, and the biomedical implications that the uncovered relationships might have. Here I investigated two main aspects: 1) How action confers valence? - as my main PhD project (Chapter 1) 2) How timing affects valence? (Chapter 2) In Chapter 1, my work was inspired by William James’s theory of emotion: Common sense says, we lose our fortune, are sorry and weep; we meet a bear, are frightened and run; we are insulted by a rival, are angry and strike. The hypothesis here to be defended says that this order of sequence is incorrect. (James, 1890, p. 449) This theory, strikingly, questioned the conventional way of thinking that emotions cause action. Rather, he proposed it can be the other way around-namely animals take action, and it is the action that causes the emotion! Therefore, I developed an unconventional experimental twist for action-to-perceived emotional experience (valence) causation by asking a simple question namely can moving backward make flies ‘feel bad’ about odours experienced during this action? Hereby, I established a neurobiologically yielding study case to understand how action, valence and dopamine processing are related and its biological significance in solving the long-standing so-called avoidance paradox for a simple animal model- Drosophila melanogaster-as an example. In Chapter 2, I investigated a fundamental aspect of valence processing as such, namely its dependence on the timing of its occurrence and its termination. Here the focus will be on dissociating dopaminergic from non-dopaminergic mechanisms in timing-dependent valence processing. Regarding both chapters, I will discuss plausible biomedical implications.; In dieser Arbeit konzentriere ich mich auf die mechanistischen Beziehungen zwischen Handlung, Valenz und Dopamin in der erwachsenen Fruchtfliege Drosophila melanogaster und auf die biomedizinischen Auswirkungen, die aufgedeckten Beziehungen haben könnten. Ich habe zwei Hauptaspekte untersucht: 1) Wie wird Valenz durch Handlung vermittelt? - als mein Haupt-Doktorandenprojekt (Kapitel 1) 2) Wie beeinflusst das Timing die Valenz? (Kapitel 2) In Kapitel 1 wurde meine Arbeit von William James' Theorie der Emotionen inspiriert: Common sense says, we lose our fortune, are sorry and weep; we meet a bear, are frightened and run; we are insulted by a rival, are angry and strike. The hypothesis here to be defended says that this order of sequence is incorrect. (James, 1890, p. 449) Diese Theorie stellte die herkömmliche Denkweise in Frage, dass Emotionen Handlungen verursachen. Stattdessen schlug er vor, dass es auch andersherum sein könnte - nämlich dass Tiere handeln und die Handlung die Emotion verursacht! Daher habe ich eine unkonventionelle experimentelle Methode entwickelt, um die Beziehung zwischen Handlung und wahrgenommener emotionaler Erfahrung (Valenz) zu untersuchen, indem ich eine einfache Frage stellte: Kann eine Rückwärtsbewegung dazu führen, dass Fliegen die Gerüche, die sie während dieser Aktion wahrnehmen, als schlecht empfinden? Damit habe ich einen neurobiologisch ergiebigen Studienfall geschaffen, um am Beispiel eines einfachen Tiermodells - Drosophila melanogaster - zu verstehen, wie Handlung, Valenz und Dopaminverarbeitung zusammenhängen und welche biologische Bedeutung sie für die Lösung des langjährigen sogenannten Vermeidungsparadoxons haben. In Kapitel 2 habe ich einen grundlegenden Aspekt der Valenzverarbeitung als solche untersucht, nämlich ihre Abhängigkeit vom Zeitpunkt ihres Auftretens und ihrer Beendigung. Hier liegt der Schwerpunkt auf der Unterscheidung von dopaminergen und nicht-dopaminergen Mechanismen In beiden Kapiteln werde ich plausible biomedizinische Implikationen diskutieren.

2025-01-01T00:00:00Z Steiner, Michael https://opendata.uni-halle.de//handle/1981185920/124126 2026-02-11T21:01:11Z 2025-01-01T00:00:00Z

Title: Investigations of the role of the Guanine nucleotide exchange factor ‚alpha-Pix’ in the development of Marginal Zone B cells and their homeostasis within the Marginal Zone Author(s): Steiner, Michael Abstract: Cellular motility is regulated by the spatiotemporal coordination of the Rho GTPases Cdc42 and Rac1, which act on PAK. αPix is a GEF for Rac1 and Cdc42 and is expressed almost exclusively by hematopoietic cells. The absence of αPix expression in mice results in an increased population of marginal zone B cells (MZB) in the spleen and an increased motility of lymphocytes was reported. Therefore, the first part of the present study investigated the role of αPix in the development and the second part in the motility of MZB. In this study, it could be shown that the absence of αPix leads to a dislocation of MZB from the marginal zone to the red pulp. However, the data from this study suggest that this mis-localization from the marginal zone to the red pulp is not the cause of the increased MZB population in αPix-deficient mice. However, a slight shift of precursor populations within the MZB from T1 to T2 could be measured. The shift of MZB progenitor cells from the T1 to the T2 population is an indication that αPix may be involved in the Cdc-42-regulated differentiation processes of MZB. Although this was a small shift, long-term effects of αPix deficiency could lead to an increased MZB population. MZB population development and homeostasis are regulated by complex mechanisms involving a variety of different factors. Further research is needed to fully understand MZB development and homeostasis. In the past, increased motility has been reported in αPix-deficient lymphocytes. In the course of this work, it was shown that the absence of αPix expression also leads to increased motility in MZB. αPix-deficient MZB show increased βPix expression to compensate for the loss of αPix. We speculate that increased βPix expression may in turn lead to increased Rac1 activity, which could be the cause of the increased motility. Increased expression of chemokine receptors on the surface of MZB could be excluded. As described above, the examination of αPix ko MZB with conventional experimental setups showed clear effects of αPix deficiency on MZB, but further detailed analysis of αPix ko MZB was unfortunately not readily available. One reason for this was, for example, a difficult cell sorting procedure with the eventual availability of only low cell numbers of MZB for in vitro analyses. Furthermore, conventional adhesion assays, both static and flow-through, showed insufficient resolution or sensitivity. Due to these limitations of conventional experimental setups, an innovative setup was developed to investigate the increased motility of αPix ko MZB in more detail. For this purpose, a constant flow chamber system was combined with a live cell imaging system with time-lapse capability. This system was used for the first time to investigate the migration behaviour of MZB under laminar flow. The functionality of this system was demonstrated and proven by showing that MZB migrate upward on ICAM-1 under flow and tend to stick to VCAM-1 and have a tendency to migrate with the flow. This behaviour differed from the adhesion behaviour of follicular B cells and thus previously described observations could be reproduced. Furthermore, the present work demonstrated that αPix is involved in the regulation of shear force- and S1P-induced migration responses of MZB, probably through the regulation of integrin complexes. The absence of αPix leads to flushing or mis-localization of MZB from the MZ toward the red pulp, and this drift is triggered by blood flow. Finally, the present study identified and described other factors that regulate MZB migration under blood flow: Shear Force, S1P, ICAM-1, and VCAM-1. These were used to propose a model for MZB cell positioning. The opposing forces of ICAM-1 and flow on the one hand, and VCAM-1 and S1P signalling through S1PR3 on the other, determine whether an MZB cell remains in the marginal zone, migrates toward the follicle, or is washed out into the red pulp. These data were published in Nature Communications. The experimental setup of the flow system developed in this study provides a new and wide range of possibilities to study the adhesive and migratory behaviour of immune cells. The design and handling of this innovative system was published in "Journal of Visualized Experiments".; Die zelluläre Motilität wird durch die räumlich-zeitliche Koordination der Rho-GTPasen Cdc42 und Rac1 reguliert, die auf PAK wirken. αPix ist ein GEF für Rac1 und Cdc42 und wird fast ausschließlich von hämatopoetischen Zellen exprimiert. Das Fehlen der αPix Expression in Mäusen führt zu einer vergrößerten Population von Marginalzonen B Zellen (MZB) in der Milz und es wurde eine erhöhte Motilität von Lymphozyten berichtet. Daher wurde im ersten Teil der vorliegenden Studie die Rolle von αPix bei der Entwicklung und im zweiten Teil bei der Motilität von MZB untersucht. Im Rahmen dieser Forschungsarbeit konnte gezeigt werden, dass die Abwesenheit von αPix zu einer Dislokation der MZB aus der Marginalzone in die Rote Pulpa führt. Die Daten dieser Studie deuten jedoch darauf hin, dass diese Dislokalisierung aus der Marginalzone in die Rote Pulpa nicht die Ursache für die vergrößerte MZB-Population in αPix-defizienten Mäusen ist. Es konnte aber eine leichte Verschiebung der Vorläuferpopulationen innerhalb der MZB von T1 zu T2 gemessen werden. Die Verschiebung von MZB-Vorläuferzellen von der T1- zur T2-Population ist ein Hinweis, dass αPix an der Cdc-42 regulierten Differenzierungsprozessen von MZB beteiligt sein könnte. Obwohl es sich nur um eine kleine Verschiebung handelte, könnten langfristige Effekte einer αPix-Defizienz zu einer vergrößerten MZB-Population führen. Die Entwicklung und Homöostase der MZB-Population wird durch komplexe Mechanismen unter Einbindung einer Vielzahl verschiedener Faktoren reguliert. Um die Entwicklung und Homöostase der MZB vollständig zu verstehen, sind weitere Forschungen erforderlich. In der Vergangenheit wurde bei αPix-defizienten Lymphozyten eine erhöhte Motilität berichtet. Im Zuge dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass das Fehlen der αPix Expression auch bei MZB zu einer erhöhten Motilität führt. αPix-defiziente MZB zeigen eine erhöhte βPix-Expression, um den Verlust von αPix zu kompensieren. Wir vermuten, dass die erhöhte βPix-Expression wiederum zu einer erhöhten Rac1-Aktivität führen könnte, was die Ursache für die erhöhte Motilität sein könnte. Eine erhöhte Expression von Chemokin-Rezeptoren auf der Oberfläche von MZB konnte ausgeschlossen werden. Wie oben beschrieben, zeigte die Untersuchung von αPix ko MZB mit konventionellen Versuchsanordnungen deutliche Effekte einer αPix-Defizienz auf MZB, aber eine weitere detaillierte Analyse von αPix ko MZB war ohne Weiteres leider nicht möglich. Ein Grund dafür war z. B. ein schwieriges Zellsortierverfahren mit der letztendlichen Verfügbarkeit von nur geringen Zellzahlen von MZB für in-vitro-Analysen. Weiterhin zeigten herkömmliche Adhäsionsassays, sowohl statisch als auch im Durchfluss nur unzureichende Auflösung bzw. Empfindlichkeit. Aufgrund dieser Einschränkungen herkömmlicher Versuchsaufbauten wurde ein innovativer Aufbau entwickelt, um die erhöhte Motilität von αPix ko MZB genauer untersuchen zu können. Dazu wurde ein Durchflusskammersystem mit konstantem Fluss mit einem Live-Zell-Imaging-System mit Zeitrafferfunktion kombiniert. Mit diesem System wurde erstmals das Migrationsverhalten von MZB unter laminarer Strömung untersucht. Die Funktionalität dieses Systems konnte dadurch gezeigt und nachgewiesen werden, dass MZB unter Strömung an ICAM-1 aufwärts wandern und an VCAM-1 eher haften bleiben und eine Tendenz zur Wanderung mit dem Strom haben. Dieses Verhalten unterschied sich vom Adhäsionsverhalten der follikulären B-Zellen und somit konnten bereits beschriebene Beobachtungen reproduziert werden. Darüber hinaus konnte in der vorliegenden Arbeit gezeigt werden, dass αPix an der Regulierung der Scherkraft- und S1P-induzierten Migrationsreaktionen von MZB beteiligt ist, wahrscheinlich durch die Regulierung von Integrinkomplexen. Das Fehlen von αPix führt zu einem Ausspülen bzw. Dislokalisierung von MZB aus der MZ in Richtung der Roten Pulpa und dieser Drift wird durch den Blutfluss ausgelöst. Schließlich konnten in der vorliegenden Studie weitere Faktoren identifiziert und beschrieben werden, die die MZB-Migration im Blutfluss regulieren: Scherkraft, S1P, ICAM-1 und VCAM-1. Diese wurden verwendet, um ein erweitertes Modell für die Positionierung von MZB-Zellen in der Marginalzone vorzuschlagen. Die gegensätzlichen Kräfte von ICAM-1 und Strömung auf der einen Seite und VCAM-1 und S1P-Signalisierung durch S1PR3 auf der anderen Seite bestimmen, ob eine MZB-Zelle in der Marginalzone verbleibt, dem Follikel entgegen wandert oder in die Rote Pulpa ausgewaschen wird. Diese Daten wurden in Nature Communications veröffentlicht. Der experimentelle Aufbau des im Rahmen dieser Studie entwickelten Durchflusssystems bietet ein neues und weites Spektrum von Möglichkeiten zur Untersuchung des adhäsiven und migratorischen Verhaltens von Immunzellen. Der Aufbau und die Handhabung dieses innovativen Systems wurde in "Journal of Visualized Experiments" veröffentlicht.

2025-01-01T00:00:00Z Aly, Ahmed Adel Ahmed https://opendata.uni-halle.de//handle/1981185920/124016 2026-02-09T21:01:38Z 2025-01-01T00:00:00Z

Title: Autophagy in motion: neuronal activity and behavior guide long-distance autophagic vesicle transport in Locus coeruleus axons projecting to the prefrontal cortex Author(s): Aly, Ahmed Adel Ahmed Abstract: Autophagy is a complex intracellular process that enables cells to sequester damaged proteins, toxic metabolic byproducts, and other cellular components for subsequent degradation or recycling. Its efficiency is particularly crucial for neurons, which are required to function throughout the entire lifespan of an organism. In fact, insufficient autophagy is frequently associated with neurodegeneration in context of both disease and aging. Noradrenergic neurons of the locus coeruleus (LC-NE) are exceptionally vulnerable to degeneration, and both the endo-lysosomal system and autophagy pathways play a role in eliminating polymerized catecholamine derivatives. Moreover, the LC-NE is among the first brain regions affected by the accumulation of beta-amyloid deposits, resulting in Alzheimer`s disease. LC-NE neurons extend long, extensively branched axons throughout the brain, and their reliance on volume transmission suggests that presynaptic regulatory mechanisms, particularly those involving adrenergic G-protein-coupled receptors, govern autophagic vesicle (AV) trafficking in LC-NE axons to ensure timely cargo degradation. Interestingly, a tightly regulated exchange of membranous compartments between adjacent neuronal populations, specifically the LC-NE and the (Me5) neurons, has been suggested preventing LC-NE neurodegeneration. My thesis explores network-related cellular mechanisms regulating neuronal proteostasis in the locus coeruleus via autophagy. Using state-of-the-art technologies like in vivo imaging and in vivo fiber-mediated photoconversion I investigated two key aspects of autophagy regulation in noradrenergic axons: (1) how neuronal activity, behavior, and norepinephrine release influence the trafficking pattern and velocity of autophagic vesicles in distal axons; (2) the role of the endo-lysosomal system and autophagy in cargo disposal within the somatodendritic region of the LC-NE . I found that during their navigation through the distal LC axons projecting to the PFC, AVs exhibit distinct trafficking velocities and directions in vivo under conditions of spontaneous LC-NE activity. These AVs can be categorized into three distinct populations: (i) slow bidirectional, (ii) fast bidirectional, and (iii) slow unidirectional. Next, I found that the chemogenetic inhibition of LC-NE activity unifies the trafficking directionality of LC3B-positive vesicles, promoting a shift from bidirectional to unidirectional motility within LC-NE axons projecting to the PFC in vivo. Inhibition changes the representation of distinct populations of autophagic vesicles classified as (i) slow unidirectional, (ii) fast unidirectional, and (iii) extra fast unidirectional. Using optical fiber-mediated photoconversion of mEos4-LC3B at the distal axons targeting the PFC, I observed photoconverted “red” LC3B-positive puncta in the somata of LC-NE neurons. This suggests that the shift in directionality from anterograde to retrograde is associated with the delivery of autophagic vesicles to the cell soma of LC-NE neurons. Additionally, mEos4-LC3B vesicles were SIPA1L2-positive, suggesting that LC3B+ vesicles are amphisomes - hybrid organelles on the autophagy pathway. Conversely, stimulation of LC-NE activity through stress-induced behavior, mimicked by exposure to a novel environment, altered AV trafficking by reducing the number of AVs reaching the cell soma from distal axons projecting to the PFC. By employing LC-NE-specific labeling, I found that β2ARs are presynaptically expressed at distal LC axons projecting to the PFC. To elucidate whether AV trafficking is regulated by an autocrine mechanism and to identify the temporal correlations between AV trafficking patterns, such as stopovers and mobilizations, and NE release, an innovative NE sensor (GRABNE2h) was employed alongside a fluorescent AV marker (mRuby3-LC3). The findings revealed that AV trafficking initiation follows a significant reduction in NE release, whereas mobile AVs tend to pause when NE levels increase at the imaged distal axon. The investigation into molecular mechanisms of AV motility regulation reveals that Spinophilin, a regulatory subunit of PP1, associates with both, SIPA1L2 and dynein adaptor Snapin, and might provide local regulation for Snapin dephosphorylation, facilitating its reassociation with motor complex and subsequent vesicle mobilization. I identified previously overlooked, significant differences in lysosomal machinery between tyrosine hydroxylase-positive neurons of the LC-NE and neighboring mesencephalic trigeminal neurons (Me5). The levels for the autophagy receptor p62 are also differentially regulated across these neuronal nuclei. LC-NE-specific viral transduction with the mRuby3-LC3B autophagy marker revealed the presence of mRuby3-LC3B puncta within the adjacent Me5 somata. My findings suggest a functional interplay between these neuronal populations, indicating that LC-NE neurons may utilize secretory autophagy as an alternative pathway for cargo disposal when their intrinsic degradative capacity is compromized. Finally, I found that under LC-NE inactivation, Sec22b puncta, a marker for secretory autophagy, were scarcely detectable. These findings support the notion that the activity state of LC-NE neurons may regulate secretory autophagy and membrane exchange between LC-NE and Me5 neurons. Thus, Me5 neurons may facilitate the clearance of damaged proteins and metabolites from LC-NE neurons, highlighting a potential cooperative mechanism in maintaining neuronal proteostasis. Overall, my results indicate the LC-NE employ a different logistics for the trafficking of autophagic vesicles for somatic delivery at diverse activity states, regulated by the autocrine mechanism. Retrograde transport and AV velocities appeared to be enhanced during LC-NE inactivation, potentially reflecting REM sleep conditions, during which AVs exhibit increased velocity in reaching the somata. The suggested molecular mechanism for mobilization might involve Spinophilin and PP1-mediated effect of Snapin dephosphorylation, requiring reassociation with the dynein motor. A cell-to-cell communication between LC-NE and Me5 might serve as a compensatory system providing digestive assistance for highly demanding neurons such as LC-NE.; Autophagie ist ein komplexer intrazellulärer Prozess, der es Zellen ermöglicht, beschädigte Proteine, toxische Stoffwechselnebenprodukte und andere zelluläre Bestandteile zu isolieren, um sie anschließend abzubauen oder zu recyceln. Seine Effizienz ist besonders entscheidend für Neuronen, die während der gesamten Lebensdauer eines Organismus funktionsfähig bleiben müssen. Tatsächlich wird eine unzureichende Autophagie häufig mit Neurodegeneration im Zusammenhang mit Krankheiten als auch mit dem Alterungsprozess in Verbindung gebracht. Noradrenerge Neuronen des Locus coeruleus (LC-NE) sind außergewöhnlich anfällig für Degeneration, wobei sowohl das endo-lysosomale System als auch Autophagie-Wege eine Rolle beim Abbau polymerisierter Katecholamin-Derivate spielen. Darüber hinaus gehört der LC zu den ersten Hirnregionen, die von der Akkumulation von Beta-Amyloid Ablagerungen betroffen sind, was zur Alzheimer-Krankheit führt. LC-NE-Neuronen projizieren lange, stark verzweigte Axone in das gesamte Gehirn, und ihre Wirkung über Volumenübertragung legt nahe, dass präsynaptische Regulationsmechanismen – insbesondere jene, die adrenerge G-Protein- gekoppelte Rezeptoren einbeziehen – den Transport autophagischer Vesikel (AV) in LC-NE-Axonen steuern, um einen zeitgerechten Cargo-Abbau sicherzustellen. Interessanterweise wurde ein streng regulierter Austausch membranöser Kompartimente zwischen benachbarten Neuronenpopulationen, speziell zwischen dem LC-NE und dem mesenzephalen Trigeminuskern (Me5), als Mechanismus vorgeschlagen, der einer LC-NE-Neurodegeneration vorbeugen könnte. Meine Dissertation untersucht netzwerkbezogene zelluläre Mechanismen, die die neuronale Proteostase im Locus coeruleus über Autophagie regulieren. Mithilfe modernster Technologien wie In-vivo-Bildgebung und in-vivo faservermittelter Photokonversion habe ich zwei zentrale Aspekte der Autophagieregulation in noradrenergen Axonen untersucht: Wie neuronale Aktivität, Verhalten und Noradrenalinfreisetzung das Transportmuster und die Geschwindigkeit autophagischer Vesikel in distalen Axonen beeinflussen, und die Rolle des endo-lysosomalen Systems und der Autophagie beim Cargo-Abbau im somato-dendritischen Bereich des LC-NE. Ich stellte fest, dass AVs während ihrer Navigation durch die distalen LC-Axonen, die zum präfrontalen Kortex (PFC) projizieren, in vivo unter Bedingungen spontaner LC-NE-Aktivität unterschiedliche Transportgeschwindigkeiten und -richtungen aufweisen. Diese AVs können in drei unterschiedliche Populationen eingeteilt werden: (i) langsam bidirektional, (ii) schnell bidirektional und (iii) langsam unidirektional. Weiterhin ergab sich, dass die chemogenetische Hemmung der LC-NE-Aktivität die Transportrichtungsbestimmung der LC3B-positiven Vesikel vereinheitlicht, indem sie einen Wechsel von bidirektionaler zu unidirektionaler Motilität innerhalb der LC-NE-Axonen, die zum PFC projizieren, in vivo fördert. Unter der Hemmung verhalten sich die Populationen autophagischer Vesikel als (i) langsam unidirektional, (ii) schnell unidirektional und (iii) extra schnell unidirektional. Mithilfe der optischen faservermittelten Photokonversion von mEos4-LC3B in den distalen Axonen, die den PFC erreichen, beobachtete ich photokonvertierte „rote“ LC3B⁺ Punkta in den Zellkörpern der LC-NE-Neuronen. Dies legt nahe, dass der Richtungswechsel von anterograd zu retrograd mit dem Transport autophagischer Vesikel in den Zellkörper der LC-NE-Neuronen verbunden ist. Zusätzlich waren mEos4-LC3B-Vesikel SIPA1L2-positiv, was darauf hindeutet, dass sie Amphisomen - hybride Organellen des Autophagiewegs - darstellen. Im Gegensatz dazu führte die Stimulation der LC-NE-Aktivität durch stressinduziertes Verhalten, simuliert durch die Exposition in einer neuartigen Umgebung, zu einer veränderten AVTrafficking- Dynamik, indem die Anzahl der AVs, die von distalen Axonen zum PFC den Zellkörper erreichen, reduziert wurde. Durch LC-NE-spezifische Markierung stellte ich fest, dass β2ARs präsynaptisch in den distalen LC-Axonen, die zum PFC projizieren, exprimiert werden. Um zu klären, ob das AV-Trafficking durch einen autokrinen Mechanismus reguliert wird und um die zeitlichen Zusammenhänge zwischen AV-Trafficking-Mustern - wie Zwischenstopps und Mobilisierungen - und der Noradrenalinfreisetzung zu identifizieren, setzte ich einen innovativen Noradrenalin-Sensor (GRABNE2h) zusammen mit einem fluoreszierenden AV-Marker (mRuby3-LC3) ein. Die Ergebnisse zeigten, dass die Initiierung des AV-Traffickings einer signifikanten Reduktion der Noradrenalinfreisetzung folgt, während mobile AVs dazu neigen, anzuhalten, wenn die Noradrenalinspiegel im distalen Axon ansteigen. Die Untersuchung der molekularen Mechanismen der Regulation der AV-Motilität ergab, dass Spinophilin, eine regulatorische Untereinheit von PP1, sowohl mit SIPA1L2 als auch mit dem Dynein-Adaptor Snapin assoziiert und möglicherweise eine lokale Regulation der Snapin-Dephosphorylierung ermöglicht, wodurch dessen erneute Assoziation mit dem Motorkomplex und die anschließende Vesikelmobilisierung erleichtert wird. Ich identifizierte bislang übersehene, signifikante Unterschiede in der lysosomalen Maschinerie zwischen Tyrosinhydroxylase-positiven Neuronen des LC-NE und benachbarten Me5 Neuronen. Auch die Spiegel des Autophagie-Rezeptors p62 sind in diesen neuronalen Kernen unterschiedlich reguliert. Durch LC-NE-spezifische virale Transduktion mit dem mRuby3-LC3B-Autophagie-Marker zeigte ich mRuby3-LC3B-Punkta in den benachbarten Me5-Zellkörpern. Meine Ergebnisse deuten auf ein funktionelles Zusammenspiel zwischen diesen Neuronenpopulationen hin, d.h. dass LC-NE-Neuronen sekretorische Autophagie als alternativen Weg zur Frachtentsorgung nutzen könnten, wenn ihre intrinsische Abbaukapazität beeinträchtigt ist. Schließlich fand ich, dass unter LC-NE-Inaktivierung Sec22b-Punkta, ein Marker für sekretorische Autophagie, kaum nachweisbar waren. Diese Befunde stützen die Annahme, dass der Aktivitätszustand der LC-NE-Neuronen die sekretorische Autophagie und den Membranaustausch zwischen LC-NE- und Me5-Neuronen regulieren könnte. Daher könnten Me5-Neuronen den Abbau beschädigter Proteine und Metaboliten aus LC-NE-Neuronen erleichtern und damit einen potenziellen kooperativen Mechanismus zur Aufrechterhaltung der neuronalen Proteostase darstellen. Insgesamt deuten meine Ergebnisse darauf hin, dass LC-NE-Neuronen unterschiedliche Logistikstrategien für den Transport autophagischer Vesikel zur somatischen Cargo-Entsorgung bei unterschiedlichen Aktivitätszuständen anwenden, die durch einen autokrinen Mechanismus reguliert werden. Der retrograde Transport und die Geschwindigkeiten der AVs scheinen unter LC-NE-Inaktivierung erhöht zu sein, was möglicherweise REM-Schlafbedingungen widerspiegelt, während derer AVs mit erhöhter Geschwindigkeit die Zellkörper erreichen. Der molekulare Mechanismus für die Mobilisierung könnte den Spinophilin- und PP1-vermittelten Effekt der Snapin-Dephosphorylierung beinhalten, der für die erneute Assoziation mit dem Dynein-Motor erforderlich ist. Die Zell-Zell-Kommunikation zwischen LC-NE und Me5 könnte als kompensatorisches System dienen, um stark beanspruchte Neuronen wie LC-NE zu unterstützen.

2025-01-01T00:00:00Z Marosi, Endre Levente https://opendata.uni-halle.de//handle/1981185920/123497 2026-02-02T06:40:35Z 2025-01-01T00:00:00Z

Title: The role of medial septal neurons in orchestrating locomotion-related dynamics, and their projections to the hippocampus Author(s): Marosi, Endre Levente Abstract: Locomotion is a fundamental behavior critical for the survival of many species. Beyond mere movement, locomotion is tightly linked to sensory processing, motivation, and cognition. Locomotion-driven sensory input, such as tactile, visual, or auditory cues, informs an organism about its surroundings, and these inputs are integrated to guide learning and memory processes. The medial septum and diagonal band of Broca (MSDB), a crucial hub in the basal forebrain, has emerged as a key player in these processes, facilitating communication between cortical and subcortical regions. The MSDB plays pivotal role in synchronizing neural activity in brain areas, like the hippocampus (HC), a structure central to memory and navigation. The HC extends along a dorsoventral (dHC, vHC) axis exhibiting functional specialization. Despite decades of research on the MSDB-dHC pathway and its role in cognitive memory formation, far less is understood about the MSDB-vHC projection and how these connections contribute to emotional behaviors. Exploring the molecular and anatomical differences between MSDB cells projecting to these hippocampal subregions is vital for understanding how this brain region regulates distinct aspects of cognition and emotion. The functional role of the MSDB extends beyond hippocampal interactions. MSDB neurons are uniquely positioned to integrate sensory and motor information, but whether they facilitate synchronization among behaviors such as whisking, running, and pupil dilation is still an open question. Persistent firing (PF), a phenomenon in which neurons maintain activity beyond a stimulus, offers a potential mechanism for the MSDB’s coordination of motor and cognitive processes. Intriguingly, rhythmic phenomena such as whisking, pupil dilation, and locomotion often align with cortical state modulation. PF in the MSDB may serve as a bridge between motor behaviors and neural state changes. This thesis investigates the MSDB’s role in coordinating locomotor-related neural and behavioral mechanisms and its anatomical projections to the hippocampus. By addressing these aspects, this work aims to clarify the MSDB’s integrative role in linking sensory, motor, and cognitive functions, contributing to a deeper understanding of its functions in health and disease.; Lokomotion ist ein fundamentales Verhalten, das für das Überleben vieler Spezies entscheidend ist. Über die reine Bewegung hinaus ist Lokomotion eng mit sensorischer Verarbeitung, Motivation und Kognition verknüpft. Sensorische Eingaben wie taktile, visuelle oder auditive Reize, die durch Lokomotion ausgelöst werden, informieren den Organismus über seine Umgebung und steuern Lern- und Gedächtnisprozesse. Das mediale Septum und der diagonale Band von Broca (MSDB), ein zentraler Knotenpunkt im basalen Vorderhirn, erleichtert die Kommunikation zwischen kortikalen und subkortikalen Regionen. Es spielt eine Schlüsselrolle bei der Synchronisierung neuronaler Aktivität in Bereichen wie dem Hippocampus (HC), einer Struktur, die für Gedächtnis und Navigation essenziell ist. Der Hippocampus zeigt eine funktionelle Spezialisierung entlang seiner dorsoventralen Achse. Während die MSDB-dHC-Verbindung intensiv in der kognitiven Gedächtnisbildung erforscht wurde, ist über die MSDB-vHC-Projektion und ihren Beitrag zu emotionalem Verhalten wenig bekannt. Die Untersuchung der molekularen und anatomischen Unterschiede von MSDB-Zellen, die zu diesen Hippocampus-Unterregionen projizieren, ist entscheidend, um die Regulation von Kognition und Emotion durch das MSDB zu verstehen. MSDB-Neuronen integrieren sensorische und motorische Informationen, doch ihre Rolle bei der Synchronisierung von Verhaltensweisen wie Schnurrhaarbewegung (whisking), Laufen und Pupillenerweiterung bleibt unklar. Persistente Feuerraten (PF), bei denen Neuronen ihre Aktivität über einen Reiz hinaus aufrechterhalten, könnten ein Mechanismus sein, der motorische und kognitive Prozesse im MSDB koordiniert. Rhythmische Phänomene wie Schnurrhaarbewegungen und Pupillenerweiterung stimmen oft mit kortikalen Zustandsänderungen überein. PF im MSDB könnte dabei eine Brücke zwischen motorischen Verhaltensweisen und neuronalen Zustandsänderungen bilden. Diese Arbeit untersucht die Rolle des MSDB bei der Koordination lokomotionsbezogener neuronaler und behavioraler Mechanismen sowie seine anatomischen Projektionen zum Hippocampus. Ziel ist es, die integrative Rolle des MSDB bei der Verknüpfung sensorischer, motorischer und kognitiver Funktionen besser zu verstehen und neue Einblicke in seine Funktionen in Gesundheit und Krankheit zu gewinnen.

2025-01-01T00:00:00Z