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Dissecting the genetic basis of brain asymmetry in Drosophila melanogaster
Leonard Alexander Schönsteiner
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Cognition, Behavior and Neurobiology
Betreuer*in
Thomas Hummel
DOI
10.25365/thesis.80324
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-20228.99192.399066-6
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Hirnasymmetrie ist ein häufiges Merkmal bilateraler Nervensysteme und trägt vermutlich zu einer effizienten parallelen Informationsverarbeitung durch hemisphärische Spezialisierung und verhaltensbezogene Differenzierung bei. In Drosophila melanogaster bietet der Asymmetrische Körper (Asymmetrical Body, AB) des Zentral Komplexes (Central Complex, CX) ein leistungsfähiges Modellsystem, um lateralisierte neuronale Verschaltungen auf zellulärer Ebene zu untersuchen. Dennoch sind die molekularen Mechanismen, die eine gerichtete Lateralität etablieren, bisher nur unzureichend verstanden. In dieser Studie wurde ein forward-genetischer Screen mittels RNAi durchgeführt. Einzelne Gene wurden entweder in spezifischen neuronalen Populationen oder gleichzeitig in mehreren miteinander verschalteten Zelltypen herunterreguliert, um zu testen, ob deren Verlust die AB-Lateralisation beeinträchtigt. Anschließend wurden Lateralitätsphänotypen quantifiziert und Gene, die einen vordefinierten Schwellenwert überschritten, für weiterführende Analysen ausgewählt. Zwei Kandidaten, 18-wheeler (18w) und Dpr-interacting protein ζ (DIP ζ), zeigten zunächst erhöhte bilaterale Phänotypen; jedoch erwies sich ausschließlich DIP ζ im Rescreen als reproduzierbar. Die Herunterregulierung von DIP ζ führte konsistent zu verstärkten Lateralitätsdefekten, wobei die deutlichsten Effekte auftraten, wenn sowohl AB-afferente (Input-) als auch AB-efferente (Output-) Neuronen gleichzeitig betroffen waren. Dies deutet darauf hin, dass DIP ζ innerhalb dieses verschalteten neuronalen Kreises benötigt wird. Entwicklungsanalysen zeigten zudem, dass bilaterale Projektionen bereits im frühen Puppenstadium auftreten, was darauf hindeutet, dass DIP ζ jene Remodellierungsprozesse beeinflusst, die normalerweise zum Rückzug der SAuni-Axone aus der linken Gehirnhemisphäre führen. Im Gegensatz dazu verursachte die alleinige Herunterregulierung in den afferenten Neuronen keine pupalen Phänotypen, sondern reduzierte die Lateralität des AB-Kreises erst im Erwachsenenstadium. Dies spricht für eine zusätzliche, spätere Funktion von DIP ζ bei der Aufrechterhaltung der korrekten hemisphärischen Verschaltung in einem zelltypspezifischen Kontext. Insgesamt identifiziert diese Arbeit DIP ζ als bislang unbekannten Regulator der AB-Lateralisation in Drosophila melanogaster. Die Ergebnisse unterstreichen die Bedeutung von Zelladhäsionsmolekülen für neuronales Remodeling und liefern eine Grundlage für zukünftige Studien, die die molekulare Logik hemisphärischer Spezialisierung entschlüsseln sollen.
Abstract
(Englisch)
Brain asymmetry is a common feature of bilaterian nervous systems and most likely contributes to efficient parallel information processing by hemispheric specialization and behavior. In Drosophila melanogaster, the Asymmetrical Body (AB) of the Central Complex offers a powerful model for studying circuit lateralization at cellular resolution, yet the molecular mechanisms establishing dircetional lateralization remain insufficiently understood. In this study, a forward genetic screen using RNAi technique was conducted. Individual genes were knocked down either in single neuronal populations or in combined populations to test whether their loss disrupts AB lateralization. Lateralization phenotypes were then assessed, and genes exceeding a predefined threshold were selected for further analysis. Two candidates, 18-wheeler (18w) and Dpr-interacting protein ζ (DIP ζ), initially produced elevated bilateral phenotypes; however, only DIP ζ showed reproducible effects in the rescreen. DIP ζ knockdown robustly increased lateralization phenotypes, with the strongest effects observed when both AB afferent (input) and efferent (output) neurons were targeted simultaneously. This suggests that DIP ζ function is required within the interconnected circuit formed by those neurons. Developmental profiling further revealed that bilateral projections are already present at early pupal stages, suggesting that DIP ζ influences the remodeling processes that normally eliminate SAuni axons in the left brain hemisphere. In contrast, knockdown in afferent neurons alone did not produce pupal phenotypes but led to reduced AB circuit lateralization only in adulthood, implying an additional, later role of DIP ζ in maintaining circuit lateralization in a cell-specific manner. Overall, this work identifies DIP ζ as a previously uncharacterized regulator of AB lateralization in Drosophila melanogaster. These findings highlight the importance of cell adhesion molecules in circuit remodeling and they provide a basis for future studies dissecting the molecular logic of hemispheric specialization.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Gehirnasymmetrie Zentralnervensystem Drosophila melanogaster Asymmetrical Body Neuronale Entwicklung Synaptische Stabilisierung Zelladhäsionsmoleküle Dpr & DIP Proteine RNA-Interferenz Neuronale Verschaltung
Schlagwörter
(Englisch)
Brain asymmetry Neural circuit development Drosophila melanogaster Asymmetrical Body Synaptic stabilization Cell adhesion molecules Dpr & DIP proteins RNA interference Neuronal pruning Circuit refinement
Autor*innen
Leonard Alexander Schönsteiner 
Haupttitel (Englisch)
Dissecting the genetic basis of brain asymmetry in Drosophila melanogaster
Publikationsjahr
2026
Umfangsangabe
48 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Thomas Hummel
Klassifikation
42 Biologie > 42.23 Entwicklungsbiologie
AC Nummer
AC17780590
Utheses ID
79381
Studienkennzahl
UA | 066 | 878 | |