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KOBRA - Dokumentenserver der Universität Kassel  → Fachbereiche  → FB 10 / Mathematik und Naturwissenschaften  → Institut für Biologie  → Fachgebiet Tierphysiologie  → Dissertationen 

Please use this identifier to cite or link to this item: http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:hebis:34-2016041950156

Title: The function of SIFamide, PDF, and further neuropeptides in the circadian system of Rhyparobia maderae
Authors: Arendt, Andreas
???metadata.dc.subject.swd???: InsektenCorazoninTagesrhythmusBiologische UhrLeucophaea maderae
???metadata.dc.subject.ddc???: 500 - Naturwissenschaften (Natural sciences and mathematics)570 - Biowissenschaften, Biologie (Life sciences)
Issue Date: 19-Apr-2016
Abstract: Der täglich Wechsel von Hell- und Dunkelphasen führte während der Evolution zur Entwicklung innerer Uhren in nahezu allen Organismen. In der Schabe Rhyparobia maderae lokalisierten Läsions- und Transplantationsexperimente die innere Uhr in der akzessorischen Medulla (AME). Dieses kleine birnenförmige Neuropil am ventromedianen Rand der Medulla ist mit etwa 240 Neuronen assoziiert, die eine hohe Anzahl an zum Teil kolokalisierten Neuropeptiden und Neurotransmittern exprimieren. Diese Signalstoffe scheinen essentiell zu sein für die Synchronisation der inneren Uhr mit der Umwelt, der Kopplung der beiden bilateralen AME, der Aufrechterhaltung des circadianen Rhythmus sowie der zeitlichen Steuerung bestimmter Verhaltensweisen. Während die Funktion einiger dieser neuronalen Botenstoffe bereits gut untersucht ist, fehlt sie für andere. Zudem ist noch ungeklärt, wann einzelne Botenstoffe im circadianen Netzwerk agieren. Im Fokus dieser Studie lag daher die Erforschung der Funktion von SIFamide und Corazonin im circadianen Netzwerk sowie die weitere Untersuchung der Funktionen der Neuropeptide MIP und PDF. Es konnte gezeigt werden, dass SIFamide auch in R. maderae in vier großen neurosekretorischen Zellen in der pars intercerebralis exprimiert wird. Varikosenreiche SIFamide-immureaktive (-ir) Fasern innervieren eine Vielzahl an Neuropilen und finden sich auch in der Hüllregion der AME. Injektionsexperimente resultierten in einer monophasischen Phasen-Antwort-Kurve (PRC) mit einer Verzögerung zur frühen subjektiven Nacht. SIFamide ist also ein Eingangssignal für das circadiane Netzwerk und könnte in der Kontrolle der Schalf/Wach-Homöostase involviert sein. Auch Corazonin fungiert als Eingangssignal. Da die Injektionsexperimente in einer monophasischen PRC mit einem Phasenvorschub zur späten subjektiven Nacht resultierten, ist davon auszugehen, dass die Corazonin-ir AME-Zelle Bestandteil des Morning-Oszillator-Netzwerkes in R. maderae ist. Darüber hinaus zeigten Backfill-Experimente, dass MIP an der Kopplung beider AMAE beteiligt ist. ELISA-Quantifizierungen der PDF-Level im Tagesverlauf ergaben Schwankungen in der Konzentration, die auf eine Ausschüttung des Peptids während des Tages hindeuten – ähnlich wie es in Drosophila melanogaster der Fall ist. Dies spiegelt sich in der vervollständigten bimodalen PDF-PRC wieder. Hier führen Injektionen zu einem Phasenvorschub, bevor maximale Peptidlevel erreicht werden, sowie zu einer Phasenverzögerung, sobald die Peptidlevel wieder zu sinken beginnen. Die PRCs erlauben somit Rückschlüsse auf den Zeitpunkt der maximalen Peptidfreisetzung. PDF-ir Neuriten findet sich zudem in sämtlichen Ganglien des ventralen Strickleiternervensystems, was eine Funktion in der Kontrolle der Prozesse impliziert, die durch die Mustergeneratoren in Thorakal- und Abdominalganglien gesteuert werden.The circadian pacemaker of the Madeira cockroach Rhyparobia maderae was localized to the accessory medulla (AME; pluaral AMAE). This small pear shaped neuropil at the ventromedian edge of the medulla is associated with approximately 240 neurons. The AME neurons contain a striking number of different neuropeptides which are partially colocalized. This study focused on the function of the neuropeptides SIFamide and corazonin in the circadian network and further deciphered the functional roles of myoinhibitory peptides (MIPs) and the most important circadian coupling factor pigment dispersing factor (PDF). It was shown that SIFamide is expressed with an identical sequence in four highly conserved pars intercerebralis cells in the three cockroach species Periplaneta americana, R. maderae, and Therea petiveriana. While only in P. americana cells associated with the AME expressed SIFamide, varicose SIFamide-immunoreactive (-ir) fibers innervated the AME in all three cockroaches. Since injections of the peptide delayed the onset of locomotor activity circadian time-dependently, it was demonstrated that the peptide constitutes an input signal into the circadian pacemaker. Further injection experiments demonstrated that this is also the case for corazonin, which is expressed in a single AME neuron in the optic lobes of R. maderae. Since corazonin advanced the onset of locomotor activity during the late subjective night, it was hypothesized that this neuron belongs to the morning-oscillator network. The presence of a coupled morning and evening oscillator network in the R. maderae is further supported by the bimodal oscillation observed in cyclic nucleotide levels in AME tissue, since maxima occurred around dusk and dawn. The oscillation of cyclic adenosine monophosphate persisted even under constant conditions. Moreover, backfills located MIPs in commissural cells involved in the coupling of the bilateral symmetric AMAE. Furthermore, PDF immunoreactivity was detected in every ganglion of the ventral nerve cord, which suggests a neuromodulatory function of the peptide and thus a direct influence on processes controlled by central pattern generators of the ventral nerve cord. Moreover, measurements of PDF-levels in the cockroach brain with ELISAs suggested that PDF is released during the day, which is in accordance with the PDF-dependent phase-response curve (PRC). Thus, PRCs might allow for the prediction of peptide release.
URI: urn:nbn:de:hebis:34-2016041950156
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