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

Descrizione del progetto

Il sesso, i vermi e la prevenzione potrebbero insegnarci qualcosa sulle malattie neurodegenerative

Maschi e femmine della stessa specie spesso mostrano differenze che non si limitano a solo i loro sistemi riproduttivi quali dimensioni, colorazione e comportamenti. Anche i dimorfismi derivanti dalla risposta a segnali ambientali sono stati collegati a differenze sessuali in processi patologici, in particolare in malattie neurologiche. Gli scienziati che lavorano al progetto DimorphicCircuits, finanziato dall’UE, stanno approfondendo le differenze legate al sesso nel sistema nervoso e nel comportamento di prevenzione mediato da neuroni utilizzando il verme Caenorhabditis elegans come sistema modello. C. elegans è l’unico organismo di cui sia stato mappato l’intero sistema nervoso. Sono noti 302 neuroni, 56 cellule gliali e tutte le loro sinapsi del verme adulto. DimorphicCircuits prevede di utilizzare metodi ad alta tecnologia in un sistema semplice per chiarire come il sesso modula i circuiti neuronali.

Obiettivo

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.

Campo scientifico (EuroSciVoc)

Parole chiave

Programma(i)

Argomento(i)

Meccanismo di finanziamento

ERC-STG - Starting Grant

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Invito a presentare proposte

(si apre in una nuova finestra) ERC-2019-STG

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Istituzione ospitante

WEIZMANN INSTITUTE OF SCIENCE
Contributo netto dell'UE
€ 1 500 000,00
Costo totale
€ 1 500 000,00

Beneficiari (1)