id,collection,dc.contributor.author,dc.contributor.firstReferee,dc.contributor.furtherReferee,dc.contributor.gender,dc.date.accepted,dc.date.accessioned,dc.date.available,dc.date.issued,dc.description.abstract[de],dc.description.abstract[en],dc.format.extent,dc.identifier.uri,dc.identifier.urn,dc.language,dc.rights.uri,dc.subject.ddc,dc.subject[en],dc.title,dc.type,dcterms.accessRights.dnb,dcterms.accessRights.openaire,dcterms.accessRights.proquest,dcterms.format,refubium.affiliation "39c3d0a8-7bfa-4ef4-a862-7b3a71dc1e9b","fub188/14","Hasan, Amr","Hiesinger, Peter Robin","Wernet, Mathias","male","2020-06-10","2020-08-17T07:50:06Z","2020-08-17T07:50:06Z","2020","Gehirne von höheren Tieren bestehen aus einem komplexen Netzwerk aus vielen verschalteten Neuronen. Die Entwicklungsprozesse, die an der Verschaltung eines funktionalen Gehirns beteiligt sind, werden durch eine Vielzahl von Proteinfamilien kontrolliert. Diese steuern neuronales Pathfinding und Targeting, die Spezifizierung synaptischer Partner, und Synapsenbildung. Ich untersuchte die Rolle von Zelladhäsionmolekülen (CAMs) im regulierenden R7-Photorezeptorterminal und die Dynamik von Filopodien und deren Effekt auf die Synapsenbildung. Dazu verwendete ich das visuelle System der Fruchtfliege, sowie Live Imaging von sich entwickelnden Photorezeptoren in intakten Drosophila-Gehirnen in ex vivo Kulturen. Ich untersuchte die zwei Tyrosinphosphatasen (PTPs), Lar und PTP69D, und das Fliegenhomolog des Amyloid-Precursor-Protein (APP) APP-like (APPL). Außerdem untersuchte ich die Funktion von Neurexin-1 (Nrx), wessen Rolle in Photorezeptor-Targeting und -Synapsenbildung bisher nicht bekannt war. Lar und das damit interagierende Protein, Liprin-α, stabilisierten R7-Terminale in ihrer Zielschicht. Ihr Funktionsverlust in R7 führte zu Veränderungen in der Filopodiendynamik und beeinflusste die Stabilität der Bulbous Tips und Synapsenformation. Lar und Liprin-α steigerten die Stabilität der Bulbous Tips, indem sie die Mikrotubuli stabilisierten, und somit eine mechanische Stütze für prä-postsynaptische Kontakte bot, wodurch die Synapsenbildung erleichtert wurde. Um diese Hypothese zu testen reduzierte ich due Aktin Polymerisation durch Knock-Down von Chronophin (dCIN) was die Filopodienstabilität erhöhte und dadurch zu mehr Synapsen führte. Der Verlust von ptp69d führte zu einer sehr milden R7-Rücknahme und einem Filopodiendefekt ohne Effekt auf die Bulbous Tip-Dynamik und Synapsenbildung. Das bestätigt die frühere Vermutung, dass die ausgeprägten Funktionen von PTP69D in R7 nicht zu Lar redundant sind. In nrx-mutierten Photorezeptoren wurde kein R7 targeting Defekt bemerkt, dafür aber erhöhte synaptische Transmission. nrx-mutierte R7 bildeten keine stabilen Bulbous Tips aus, bildeten jedoch Synapsen mit mehr und abnormen postsynaptischen Partnern. Dies suggeriert, dass Nrx als ein negativer Regulator für Synapsenbildung in Photorezeptoren wirkt. Schließlich konnte gezeigt werden, dass der subtile Retraktion-Phänotyp in appl-mutierten R7 unabhängig von APPL-Funktion in Photorezeptoren ist. Außerdem zeigten Experimente an den intra- und extrazellulären Fragmenten der proteolytischen Spaltungsprodukte von APPL, dass sie in unterschiedlichen Stadien der sich entwickelnden Neuronen verschieden transportiert werden. Das intrazelluläre Fragment lokalisierte sich in den Axonterminalien von R7, während das extrazelluläre Fragment aus den Photorezeptoren ausgeschieden und von Gliazellen in Regionen der Hirnrinde aufgenommen wurde, wo es schließlich den endolysosomalen Transport spezifisch beeinflusste. Diese Studie stellt die vorgeschlagene Funktion der getesteten CAMs als ´guidance` Moleküle in Frage. Live Imaging zeigte, dass keine der getesteten Proteine das Targeting zur richtigen Schicht von R7 kontrolliert, sondern stattdessen für eine Stabilisierung der Terminale in der richtigen Schicht sorgt. Veränderungen der Filopodiendynamik, die mit deren Funktionsverlust und daraus resultierenden Veränderungen in den Synapsen in Zusammenhang gebracht werden, implizieren, dass die Synapsenbildung auf eine Stabilisierung der prä-postsynaptischen Kontakte angewiesen ist, statt auf einen molekularen Match-Making-Mechanismus.","Brains in all biological systems consist of large numbers of interconnected neurons. The developmental processes to wire a functional brain are controlled by many protein families that govern neuronal targeting, synaptic partner specification, and synapse formation. Using the fly visual system and the state-of-the-art live imaging of developing photoreceptors in intact Drosophila brains in ex vivo cultures, I studied the role of cell adhesion molecules (CAMs) in regulating R7 targeting and filopodial dynamics and their effect on synapse formation. The analyses presented here include the protein tyrosine phosphatases (PTPs), Lar and PTP69D, and the fly homologue of the amyloid precursor protein (APP), APP-like (APPL). I also report the novel function of Neurexin-1 (Nrx) in R7 targeting and synapse formation. Lar interaction with Liprin- during synapse formation is essential to stabilize R7 terminals in their target layer. Their loss of function causes filopodial dynamics changes and affects bulbous tip stability and synapse formation. Lar and Liprin- regulate bulbous tip stability by stabilizing microtubules in the formed bulbous tips to provide mechanical support for pre-postsynaptic contacts to facilitate synapse formation. To test this hypothesis, I reduced actin depolymerization by knocking-down the cofilin phosphatase, Chronophin (dCIN), which increased filopodia stability and caused an increase in synapse count in R7s. Loss of ptp69d caused very mild R7 retractions and a filopodia formation defect with no effect on bulbous tip dynamics and synapse formation, showing the distinct functions of PTP69D that are not redundant to Lar in R7s as was proposed previously. nrx mutant R7s did not show a targeting defect but rather an elevated synaptic transmission. Mutant R7s fail to stabilize bulbous tips, yet they formed synapses with more and aberrant postsynaptic partners, suggesting that Nrx is a negative regulator of synapse formation in R7s. Finally, the reported subtle retraction phenotype in appl mutant R7s was found to be independent of APPL. Additionally, studying the APPL proteolytic cleavage products showed that the extracellular and the intracellular fragments were differentially trafficked in different stages of developing neurons. The intracellular fragment localized to the axon terminals of R7s, while the extracellular fragment was secreted from photoreceptors and picked up by cortical glia where it eventually affects endolysosomal trafficking in a dose-dependent manner. This study challenges the proposed function of the tested CAMs as guidance molecules. Live imaging revealed that none of the tested proteins instructed R7 targeting to their correct layer, but rather stabilize their terminals in the correct layer. Changes of filopodial dynamics associated with their loss of function and the corresponding synaptic changes imply that synapse formation relies on stabilizing pre-postsynaptic contacts and not on a molecular match-making mechanism.","X, 137 Seiten","https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/28037||http://dx.doi.org/10.17169/refubium-27789","urn:nbn:de:kobv:188-refubium-28037-3","eng","http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen","500 Natural sciences and mathematics::500 Natural sciences::500 Natural sciences and mathematics||500 Natural sciences and mathematics::570 Life sciences::570 Life sciences","Drosophila||Visual system||Cell adhesion molecules","Role of neuronal cell adhesion molecules in regulating filopodial dynamics and synapse formation in the drosophila visual system","Dissertation","free","open access","accept","Text","Biologie, Chemie, Pharmazie"