Analysen von Opsinen im Wirbeltiergehirn

Opsine sind am besten bekannt als lichtsensorische Proteine im Auge der Wirbeltiere, wo sie das Sehen ermöglichen. Zusätzlich kommen Opsine aber auch in verschiedenen anderen Zellen vor, insbesondere im Gehirn der Wirbeltiere. Die wissenschaftlichen Arbeiten mehrerer Gruppen haben einerseits gezeigt, dass viele- wenn nicht sogar die Mehrheit- dieser nicht-visuellen Opsine auch als Lichtrezeptoren agieren können. Zusätzlich haben ebenfalls mehrere Studien gemessen, dass Licht bis tief in das Gehirn der Wirbeltiere nachweisbar ist. Aber warum sollten Zellen mitten im Wirbeltiergehirn Licht messen? Um eine Antwort auf diese Frage zu finden, unternehmen wir die funktionelle Charakterisierung von einer bestimmten Klasse von Opsinen in Medakafisch und Zebrafisch. Diese Opsinklasse zeichnet sich durch eine besonders langsame Sequenzevolution aus. Mitglieder gibt es auch in Säugetieren. Unsere bisherigen Daten haben gezeigt, dass Mitglieder dieser Familien in Fischen in spezifischen Inter- und Motorneuronen im Gehirn vorhanden sind. Erste Datenanalysen von Mutanten in diesen Opsinen zeigen einen Verhaltensänderung, wenn die Fische auf Objekte unterschiedlicher Größe reagieren. Ausserdem haben wir erste Hinweise auf molekulare Veränderungen im Hormonhaushalt dieser Mutanten. Diese Daten zeigen, dass Mutationen in diesen Opsinen zu nachweisbaren Veränderungen führen. Ausgehend davon, planen wir nun eine umfassendere Verhaltensanalyse, die Reaktionen auf verschiedene sensorische Stimuli, sowie auch circadiane Bewegungsmusteranalysen umfasst. Auf der molekularen Ebene wollen wir die Veränderungen zwischen unterschiedlichen Opsinmutanten vergleichen. Auf der zellulären Ebene planen wir die Opsin+ Nervenzellen im lebenden Tier zu markieren. Das erlaubt uns dann einerseits elektrophysiologische Messungen, bei denen wir direkt sehen können, wie genau diese Opsin+ Neuronen auf Licht reagieren. Andererseits erlaubt uns die Markierung dieser Zellen auch die Projektionsbahnen und damit die Eingangs- und Zielgebiete besser zu verstehen. Mit dieser umfassenden Analyse hoffen wir neben einem grundsätzlichen biologischen Phänomen auch besser verstehen zu können, wie Lichtverschmutzung (d.h. artifzielles Licht am falschen Ort zur falschen Zeit) auf Tiere und Menschen wirken kann. Zusätzlich können diese Opsine auch für neue optogenetische Anwendungen zur Verfügung stehen.