Temperatursynchronisation der circadianen Uhr von Drosophila melanogaster: eine genetische und molekulare Untersuchung beteiligter Mechanismen und Rezeptoren

Die vorliegende Dissertation zielt primär darauf ab, Einblicke in die molekularen Grundlagen der circadianen Temperatursynchronisation von Drosophila, einschließlich der involvierten Mechanismen und Rezeptoren zu gewähren. Weiteres Hauptaugenmerk lag dabei auf der Kartierung einer EMS-induzierten Mutante, welche einen spezifischen Defekt in der Temperaturaufnahme durch die innere Uhr aufweist, und somit einen essentiellen Faktor innerhalb der Temperatursynchronisation darstellt. Im Rahmen der ersten Zielsetzung konnten viele Aspekte aufgedeckt werden, die eine breite Basis für weiterführende Untersuchungen dieses Themas bilden. Analog zum Lokomotorverhalten können Temperaturzyklen die Oszillationen der molekularen Uhrkomponenten in Dauerlicht (LL) induzieren, obwohl LL üblicherweise Arhythmizität verursacht. Somit muss die zugrunde liegende Degradierung des TIMELESS-Proteins, die durch den circadianen Photorezeptor CRYPTOCHROM vermittelt wird, blockiert werden. Darüber hinaus führt die genetische Ablation von CRY in Temperaturzyklen zu einer Verstärkung der molekularen Oszillationen im neuronalen Gewebe, was einerseits eine Interaktion zwischen dem Licht- und Temperaturinputweg enthüllt und andererseits demonstriert, dass CRY die Sensitivität des circadianen Systems reguliert. Dies kann auch als mögliche Erklärung herangezogen werden, weshalb die Temperatursynchronisation des Verhaltens in konstantem Licht besser funktioniert, als in konstanter Dunkelheit. Keinem der bekannten Temperaturrezeptoren, die für die Thermotaxis verantwortlich sind, konnte eine Beteiligung an der circadianen Perzeption der Temperatur nachgewiesen werden. Hingegen lassen die Ergebnisse eine mögliche Involvierung der TRP- und DEG/ENaC-Kanäle bei der Übermittlung der Temperaturinformation an die innere Uhr vermuten. Zudem wurde demonstriert, dass die circadiane Thermorezeption gewebeunabhängig erfolgt, was auf einen zellautonomen Rezeptor bzw. Signalweg hinweist. Die temperaturinduzierte Biolumineszenz von Clk- und timeless-Mutanten brachte ans Licht, dass zum einen die Rhythmen der Peripherie die Oszillationen der inneren Uhr widerspiegeln, und zum anderen separierte Gehirne höchstwahrscheinlich nicht mittels Temperaturzyklen synchronisiert werden können. Weiterführende Experimente bestätigten zudem, dass das Fliegenhirn zur Temperatursynchronisation auf Signale aus der Peripherie angewiesen ist. Im Gegensatz zur Lichtsynchronisation setzt das Temperatur-Entrainment sowohl transkriptionale, als auch post-transkriptionale Mechanismen voraus. Jedoch nicht daran involviert ist ein temperaturabhängiges, alternatives Spleiß-Ereignis, welches der circadianen Uhr zur Anpassung an saisonale Schwankungen dient. Darüber hinaus gelang es, mit norpA eine weitere Temperatur-Entrainment-Mutante zu identifizieren, die zusammen mit der nocte-Mutante charakterisiert wurde. Beide zeigen einen Defekt in der Temperatursynchronisation, der nicht die Aufnahme der Temperatur in den einzelnen Geweben betrifft, sondern möglicherweise einen Defekt in der Kopplung zwischen peripheren und neuronalen Oszillatoren zur Ursache hat. Dies resultiert darin, dass in Temperaturzyklen die adulten Fliegen beider Mutanten einerseits keine rhythmischen Biolumineszenzsignale hervorbringen, und andererseits die Lokomotorrhythmik lediglich direkte Effekte der Temperatur reflektiert. Letztendlich enttarnte eine Kartierung die nocte-Mutation als Basenaustausch in der kodierenden Sequenz des Gens CG17255. Dieser Austausch fügt einen frühzeitigen Translations-Stopp ein, wodurch dem 2307 AS großen Protein die C-terminalen 601 AS fehlen. Als Nebeneffekt der Kartierung konnte zudem eine spontane Temperatur-Entrainment-Mutante aufgespürt werden, die einen weiteren Ansatzpunkt für die Analyse des Mechanismus der Temperatursynchronisation bereitstellt