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Elucidating the development of sexually-dimorphic circuits: from molecular mechanisms to synapses and behavior

Projektbeschreibung

Geschlechtsdimorphismen, Fadenwürmer und Vermeidungsverhalten liefern Aufschluss über neurodegenerative Krankheiten

Männchen und Weibchen der gleichen Art unterscheiden sich oft nicht nur in ihren Geschlechtsorganen, sondern auch in Größe, Farbgebung und Verhalten. Diese deutlich verschiedenen Erscheinungsformen (Dimorphismen) sind eine Reaktion auf Umweltsignale und werden insbesondere bei neurologischen Erkrankungen auch mit geschlechtsspezifischen Krankheitsprozessen assoziiert. Das EU-finanzierte Projekt DimorphicCircuits untersucht am Modellsystem des Fadenwurms C. elegans geschlechtsspezifische Unterschiede des Nervensystems und des neuronal bedingten Vermeidungsverhaltens. C. elegans ist der einzige Organismus, dessen Nervensystem im adulten Stadium mit 302 Neuronen, 56 Gliazellen und allen dazugehörigen Synapsen vollständig beschrieben ist. An dem einfachen Modellsystem analysiert DimorphicCircuits mit hochtechnologischen Methoden die geschlechtspezifische Modulation neuronaler Schaltkreise.

Ziel

In sexually reproducing species, males and females respond to environmental sensory cues and transform the input into sexually dimorphic traits. These dimorphisms are the basis for sex-biased phenotypes in many neurological diseases. Yet, complete understanding of the underlying mechanism is still missing. How does the sexual identity impose molecular changes to individual neurons and circuits? What are the sex-specific synaptic changes that occur during development in these circuits? We recently demonstrated a sexually dimorphic dimension of neuronal connectivity: neurons belonging to a shared nervous system rewire in a sex-specific manner to generate sexually dimorphic behaviors. New findings from our lab further reveal a significant difference in the way the two sexes in the nematode C. elegans respond to aversive stimuli. These dimorphic responses are mediated via sex-shared circuits that receive similar environmental input, yet respond differently.
Building on our exciting preliminary results, we seek to elucidate how genetic sex modulates neuronal function, neural circuit dynamics and behavior during development. This proposal will pursue three complementary objectives: (i) Map the repertoire of sexually dimorphic avoidance behaviors; (ii) Study the synaptic basis for the development of sexually dimorphic circuits; and (iii) Elucidate the molecular basis of sexually dimorphic neuronal circuits. These mechanisms can only be currently resolved in C. elegans, where the entire connectome of the nervous system for both sexes has been mapped. Using cutting-edge optogenetics, calcium imaging, activity-dependent trans-synaptic labeling, genetic screens and single-cell transcriptome analysis we will shed light on the elusive connection between genes, circuits and behavior. Understanding how genetic sex modulates neuronal circuits will aid in the development of novel gender-specific therapies.

Wissenschaftliches Gebiet (EuroSciVoc)

Schlüsselbegriffe

Programm/Programme

Thema/Themen

Finanzierungsplan

ERC-STG - Starting Grant

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Aufforderung zur Vorschlagseinreichung

(öffnet in neuem Fenster) ERC-2019-STG

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Gastgebende Einrichtung

WEIZMANN INSTITUTE OF SCIENCE
Netto-EU-Beitrag
€ 1 500 000,00
Gesamtkosten
€ 1 500 000,00

Begünstigte (1)