For all animals the cold represents a dreadful danger. In the event of severe heat loss, animals fall into a chill coma. If this state persists, it is inevitably followed by death. In poikilotherms (e.g. insects), the optimal temperature range is narrow compared to homeotherms (e.g. mammals), resulting in a critical core temperature being reached more quickly. As a consequence, poikilotherms either had to develop survival strategies, migrate or die. Unlike the majority of insects, the Western honeybee (Apis mellifera) is able to organize itself into a superorganism. In this process, worker bees warm and cool the colony by coordinated use of their flight muscles. This enables precise control of the core temperature in the hive, analogous to the core body temperature in homeothermic animals. However, to survive the harsh temperatures in the northern hemisphere, the thermogenic mechanism of honeybees must be in constant readiness. This mechanism is called shivering thermogenesis, in which honeybees generate heat using their flight muscles. My thesis presents the molecular and neurochemical background underlying shivering thermogenesis in worker honeybees. In this context, I investigated biogenic amine signaling. I found that the depletion of vesicular monoamines impairs thermogenesis, resulting in a decrease in thoracic temperature. Subsequent investigations involving various biogenic amines showed that octopamine can reverse this effect. This clearly indicates the involvement of the octopaminergic system. Proceeding from these results, the next step was to elucidate the honeybee thoracic octopaminergic system. This required a multidisciplinary approach to ultimately provide profound insights into the function and action of octopamine at the flight muscles. This led to the identification of octopaminergic flight muscle controlling neurons, which presumably transport octopamine to the flight muscle release sites. These neurons most likely innervate octopamine β receptors and their activation may stimulate intracellular glycolytic pathways, which ensure sufficient energy supply to the muscles. Next, I examined the response of the thoracic octopaminergic system to cold stress conditions. I found that the thoracic octopaminergic system tends towards an equilibrium, even though the initial stress response leads to fluctuations of octopamine signaling. My results indicate the importance of the neuro-muscular octopaminergic system and thus the need for its robustness. Moreover, cold sensitivity was observed for the expression of one transcript of the octopamine receptor gene AmOARβ2. Furthermore, I found that honeybees without colony context show a physiological disruption within the octopaminergic system. This disruption has profound effects on the honeybees protection against the cold. I could show how important the neuro-muscular octopaminergic system is for thermogenesis in honeybees. In this context, the previously unknown neurochemical modulation of the honeybee thorax has now been revealed. I also provide a broad basis to conduct further experiments regarding honeybee thermogenesis and muscle physiology. / Kälte stellt für alle Tiere eine lebensbedrohliche Situation dar. Erleiden sie einen schwerwiegenden Wärmeverlust, stellt sich der Zustand eines Kältekomas ein. Hält dieser Zustand über einen längeren Zeitraum an, folgt unweigerlich der Tod. Poikilotherme (z.B. Insekten) weisen ein schmaleres optimales Temperaturfenster als Homoiotherme (z.B. Säugetiere) auf, wodurch sie ihre kritische Körpertemperatur schneller erreichen. Dadurch waren Poikilotherme gezwungen entweder Überlebenstrategien zu entwickeln, abzuwandern oder zu sterben. Im Gegensatz zu den meisten anderen Insektenarten, ist die Westliche Honigbiene Apis mellifera in der Lage einen Superorganismus zu bilden, in dem Arbeiterbienen durch den koordinierten Einsatz ihrer Flugmuskeln für Erwärmung oder Abkühlung sorgen. In Analogie zur Körpertemperatur von Homoiothermen, ermöglicht dies die exakte Kontrolle der Kerntemperatur des Bienenstocks. Um unter den rauen Bedingungen in der nördlichen Hemisphäre bestehen zu können, muss eine ununterbrochene Einsatzbereitschaft des thermogenen Mechanismus der Honigbiene garantiert werden. Dabei ist die Honigbiene in der Lage durch Zittern der Flugmuskulatur Wärme zu erzeugen. In dieser Dissertation stelle ich die molekularen und neurochemischen Grundlagen des thermogenen Muskelzitterns bei Honigbienenarbeiterinnen vor. In diesem Zusammenhang habe ich die Signalwege von verschiedenen biogenen Aminen untersucht und konnte demonstrieren, dass eine Erschöpfung vesikulärer Monoamine den Prozess der Thermogenese beeinflusst und zu einem Absinken der Thoraxtemperatur führt. Unter Einbeziehung veschiedener biogener Amine, konnten Folgeuntersuchungen zeigen, dass dieser Effekt durch Octopamin rückgängig gemacht werden kann. Dies weist eindeutig auf eine Beteiligung des octopaminergen Systems hin. Auf Basis dieser Erkenntnisse folgte die Erforschung des thorakalen octopaminergen Systems der Honigbiene. Dabei erforderte es einen multidisziplinären Ansatz, um weitere Einblicke in die Funktion und Wirkung von Octopamin in der Flugmuskulatur zu gewinnen. Im Zuge dessen, konnten flugmuskelinnervierende octopaminerge Neuronen identifiziert werden, die mutmaßlich die Flugmuskeln mit Octopamin versorgen. Es sind höchstwahrscheinlich diese Neuronen, die für eine Stimulation von Octopamin-β-Rezeptoren verantwortlich sind und wordurch intrazelluläre glykolytische Prozesse eine ausreichende Muskelversorgung gewährleisten. In den darauffolgenden Experimenten habe ich das Ansprechen des thorakalen octopaminergen Systems auf Kältestress untersucht und konnte zeigen, dass dieses System nach einem Gleichgewichtszustand strebt. Dies trifft selbst nach einer starken initialen Stressantwort zu. Meine Ergebnisse verdeutlichen die Bedeutsamkeit des neuromuskulären octopaminergen Systems und zeigen seine erforderliche Resilienz gegenüber exogenen Faktoren. Es konnte die Kälteempfindlichkeit eines Transkriptes des Octopaminrezeptorgens AmOARβ2 nachgewiesen werden. Zusätzlich konnte ich zeigen, dass Honigbienen ohne den sozialen Kontext der Kolonie eine starke physiologische Störung innerhalb des untersuchten Systems und damit auch in Bezug auf ihre Kälteresilienz aufweisen. Meine Dissertation verdeutlicht die enorme Bedeutung des neuromuskulären octopaminergen Systems im Kontext der Thermogenese im Organismus Honigbiene. In diesem Rahmen konnte die bisher unerforschte neurochemische Modulation des Honigbienenthorax aufgeklärt werden. Darüber hinaus bietet meine Arbeit eine Grundlage für künftige Experimente zur Thermogenese und Muskelphysiologie der Honigbiene.

Würzburg, Univ., Diss., 2009. / Zsfassung in engl. Sprache.

Techn. Universiẗat, Diss., 2001--Berlin.

Das biogene Amin Oktopamin moduliert verschiedene Verhaltensweisen in Invertebraten. In verschiedenen Insektenspezies, wie Heuschrecken, Grillen oder Schaben, ist die Funktion und die Architektur des peripheren oktopaminergen Systems auf Einzelzellebene bekannt. Um die zelluläre Grundlage für die verschiedenen Funktionen von Oktopamin im Zentralnervensystem zu verstehen, ist eine detaillierte Analyse der Architektur des zentralen oktopaminergen Systems notwendig. Innerhalb meiner Doktorarbeit fertigte eine anatomische Karte individueller oktopaminerger Neurone des adulten Hirns von Drosophila an. Ich nutzte die Flp-out Technik, um einzelne oktopaminerge Neurone anzufärben. Anhand ihrer Projektionsmuster konnte ich 28 verschiedene Zelltypen in vier Oktopamin-immunoreaktiven Zellclustern identifizieren. Ihre Morphologie sowie die Verteilung genetischer Marker zeigte, dass die meisten Zelltypen mehrere Neuropile innervieren und dabei eine klare Trennung von Prä- und Postsynaptischen Regionen aufweisen. Die Mehrheit der Zelltypen bildet dendritische Verzweigungen in einer bestimmten Region, der posterioren Slope. Jedoch innerviert jeder Zelltyp stereotyp eine bestimmte Kombination von Zielregionen im Gehirn. Das deutet stark darauf hin, dass oktopaminerge Neurone kombinatorisch organisiert sind: Jedes individuelle Neuron scheint Komponente eines spezifischen neuronalen Schaltkreises zu sein. Dabei könnte jeder Zelltyp eine Art “Modul” darstellen, das selektiv bestimmte Funktionen in den jeweiligen Zielregionen moduliert. Das oktopaminerge Mittelliniencluster des Subösophagealen Ganglions zeigt eine besondere zelluläre Organisation. Es besteht aus gepaarten und ungepaarten Neuronen, die des Zentralgehirn mit extensiven Verzweigungen versorgen. Um die Ordnung hinter dieser komplexen Organisation zu verstehen, wurden die segmentale Organistion der Mittellinienneurone auf Einzelzellebene analysiert und ihre embryonalen Anlagen verglichen. Letzteres ermöglichte die morphologische Analyse von einzelnen oktopaminergen Mittellinienklonen. OA-VPM und OA-VUM Neurone bilden zusammen drei Subcluster im Subösophagealen Ganglion, die wahrscheinlich die drei gnathalen Neuromere repräsentieren. Alle OA-VUM Neurone stammen von der embryonalen Mittellinie ab. In den mandibularen und maxillaren Neuromeren formen sie morphologisch identische Zelltypen, mit stereotypen Innervationsmustern. OA-VPM Neurone gehen nicht aus der embryonalen Mittellinie hervor und sind nicht segmental dupliziert. Diese Arbeit vermittelt nicht nur einen Eindruck über die Architektur individueller oktopaminerger Neurone, sondern auch über die Organisation des oktopaminergen Systems auf Einzelzellebene. / The biogenic amine octopamine modulates divers behaviors in invertebrates. In different insect species, such as locusts, crickets, or cockroaches, the function and organization of the peripheral octopaminergic system is understood at single cell level. To understand the basis for the divers octopamine functions within the central nervous system, a detailed morphological analysis of central octopaminergic neurons is necessary. In my Ph.D. I generated an anatomical map of individual octopaminergic neurons in the Drosophila brain. I utilized the Flp-out technique, to label individual octopaminergic neurons. By their projection pattern I categorized 28 different cell types in four octopamine-immunoreactive cell clusters. Their morphology and the distribution of genetic markers indicates that most of the cell types innervate multiple neuropiles and exhibit a clear separation of dendritic and presynaptic regions: The majority of cell types forms spiny ramifications in one particular brain region, the posterior slope. However, each cell type stereotypically innervates a distinct set of target regions throughout the brain. This suggests that octopaminergic neurons are organized in a combinatorial way. Each individual neuron seems to be a component of a specif neuronal circuitry. This way each cell type could represent a modul, which selectively modulates neuronal processes in its respective target regions. The octopaminergic midline cluster of the suboesophageal ganglion shows a special cellular organization. It consists of paired and unpaired neurons, which supply the central brain with extensive ramifications. To understand the rule behind this complex organization, the segmental organization and developmental origin of midline neurons was analyzed at single cell level. The latter was achieved by analyzing the morphology of individual octopaminergic midline clones. OA-VPM and OA-VUM neurons form three subclusters in the suboesophageal ganglion, which most likely represent the three gnathal neuromeres. All OA-VUM neurons derive from the embryonic midline. In the mandibular and maxillary neuromere they form morphologically identical cell types with stereotypic Innervation patterns. OA-VPM neurons do not derive from the embryonic midline and are not segmentally duplicated. This study not only gives an impression of the architecture of individual octopaminergic neurons, but also about the organization of the octopaminergic system at single cell level.

Aggression ist ein facettenreiches Phänomen, das sowohl in Vertebraten als auch in Invertebraten auftritt. Trotz der weiten Verbreitung dieses Verhaltens sind die neuronalen Netzwerke, die der Aggression zugrunde liegen, noch kaum bekannt. Zahlreiche Studien weisen den biogenen Aminen eine prominente Rolle in der Modulation von Aggression zu. Das Ziel dieser Doktorarbeit war mit Hilfe des Modellorganismus Drosophila melanogaster zu der Aufschlüsselung der neuronalen Korrelate von Aggression beizutragen, insbesondere im Hinblick auf das biogene Amin Oktopamin. In Drosophila sind aggressive Interaktionen aus einer Vielzahl von offensiven und defensiven Verhaltensweisen zusammengesetzt, von denen einige bezüglich der Häufigkeit ihres Auftretens geschlechtsspezifisch sind. Um die Auswertung dieser vielseitigen Verhaltensweisen zu vereinfachen, wurde die Analyse auf einen einzigen Indikator für Aggression beschränkt: den „lunge“. Diese bemerkenswerte Verhaltensweise tritt nur im Kontext der Aggression auf und ist charakteristisch für Männchen. In Kooperation mit Andreas Eckart habe ich ein Computerprogramm entwickelt, das eine automatische Auszählung der lunges in einem vom Forscher gewählten Zeitraum durchführt. Zusätzlich erhält man u.a. Informationen über die Laufstrecke der einzelnen Tiere wie auch über ihre Größe. Dank eines weiteren von uns entwickelten Programms ist es möglich, Kämpfe zweier Drosophila Männchen unabhängig von deren Genotyp wahlweise automatisch oder halb-automatisch auszuwerten. Mit Hilfe dieser Programme wurde gezeigt, dass (1) die gemeinsame Laufaktivität der beiden Männchen mit der Anzahl aller aufgetretenen lunges korreliert und, dass (2) ein Größenunterschied von 8% ausreichend ist, um zu beeinflussen, welches Tier mehr lunges durchführt. Ebenfalls konnte festgestellt werden, dass (3) eine Nullmutation im ‚white’ Gen, welches einen ABC-Transporter kodiert, aggressives Verhalten fast vollständig unterdrückt, was teilweise auf eine visuelle Beeinträchtigung zurückzuführen ist. Außerdem führt (4) das Absenken des White-Levels in verschiedenen Bereichen des Zentralgehirns zu reduzierter Aggression; ein Effekt, der auch durch die chemische Entfernung der Pilzkörper, einer Struktur des zentralen Gehirns, hervorgerufen werden kann. Dies weist darauf hin, dass die Integrität verschiedener neuronaler Netzwerke/Gehirnbereiche erforderlich ist, um wildtypische Aggression zu ermöglichen. Zusätzlich konnte (5) anhand von Mutationen in zwei Genen der Oktopaminsynthese, die beide die Oktopamin-Konzentration zwar erniedrigen, die Tyramin-Konzentration jedoch heben bzw. senken, demonstriert werden, dass Oktopaminmangel Aggression fast vollständig zum Erliegen bringt. Wird ein lunge durchgeführt, so ist dessen Ausführung fast wildtypisch. Rettungsversuche, in denen Oktopamin- und/oder Tyramin-Konzentrationen wiederhergestellt werden, legen nahe, dass ein sehr spezifisches Muster von Oktopamin räumlich und zeitlich gewährleistet sein muss, um ein so komplexes und faszinierendes Verhalten wie die Aggression in Drosophila hervorzurufen. / Aggression is a strikingly multi-faceted phenomenon occurring in vertebrates as well as in invertebrates. Despite its omnipresence, the neuronal basis of aggressive behaviours is yet barely understood. Many studies however, imply a role for biogenic amines in aggression. This PhD project aimed at contributing to the understanding of the neuronal correlates of aggression, with a main focus on the biogenic amine octopamine, using Drosophila melanogaster as the model system. In Drosophila, agonistic encounters of males and females are composed of a variety of both offensive and defensive components, some of which are displayed more often in one sex than in the other. To simplify analysis and to standardize evaluation, I chose to focus on a single indicator of aggression: the lunge, a striking feature unique to Drosophila male aggression. By evaluating the lunge I developed in cooperation with Andreas Eckart for the first time an automated, video-based analysis of Drosophila male aggression. The present software program gives the number of lunges for each fly in a certain time interval. In addition, it provides information such as the distance the fly walked and his size among others. In combination with a second software program that we developed, aggressive interactions between two male Drosophila melanogaster of a genotype of choice can now be registered either completely automatically or if preferred semi-automatically. Using these softwares, I demonstrate that (1) body size differences of 8% and higher influence the outcome of a fight in favour of the larger male; (2) walking activity alters lunge frequency with more lunges performed by more active pairs of males; (3) flies mutant for the white gene, one member of the ABC transporter family in Drosophila, are profoundly impaired in aggression, an effect that is partially due to reduced visual performance. (4) Either knocking-down white in various brain regions or chemically ablating the mushroom body located in the central brain by deleting its neuroblast precursors diminishes aggression, indicating that integrity of various neural circuits/brain regions is required for wild-type aggression to occur. Furthermore, I show that (5) flies lacking octopamine signalling but having altered tyramine signalling display hardly any lunge. A quantitative high-speed analysis revealed that lunge execution is almost indistinguishable from wild-type males. The results from the experiments in which octopamine levels and/or tyramine levels were restored suggest that an elaborate pattern of octopamine levels in time and space is required to enable flies to express wild-type aggressive behaviour.

Die acinösen Speicheldrüsen der Schabe Periplaneta americana sind reich durch serotonerge, dopaminerge und GABAerge Fasern innerviert. Die biogenen Amine Serotonin (5-HT) und Dopamin (DA) induzieren die Sekretion eines NaCl-haltigen Primärspeichels. Die physiologische Rolle der GABAergen Innervation des Drüsenkomplexes war bislang unbekannt. Weiterhin wurde vermutet, dass Tyramin (TA) und Octopamin (OA) an der Speichelbildung beteiligt sind. Mittels intrazellulärer Ableitungen von sekretorischen Acinuszellen mit und ohne Stimulierung des Speicheldrüsennervs (SDN) sollte daher die Wirkung von GABA, TA und OA im Speicheldrüsenkomplex untersucht werden. Intrazelluläre Ableitungen aus Acinuszellen zeigten, dass sowohl DA als auch 5 HT biphasische Änderungen des Membranpotentials induzierten. Diese bestanden aus einer initialen Hyperpolarisation und einer darauf folgenden transienten Depolarisation. Stimulierung des SDN mittels einer Saugelektrode verursachte ebenfalls biphasische Änderungen des Membranpotentials der Acinuszellen, die mit den DA- bzw. 5-HT-induzierten Änderungen kinetisch identisch waren. Dieses Ergebnis zeigte, dass die elektrische Stimulierung des SDN im Nerv-Speicheldrüsenpräparat eine verlässliche Methode zur Untersuchung der Wirkungen von Neuromodulatoren auf die dopaminerge und/oder sertotonerge Neurotransmission ist. Die Hyperpolarisation der DA-induzierten Potentialänderungen wurde durch eine intrazelluläre Ca2+-Freisetzung und die Öffnung basolateral lokalisierter Ca2+-gesteuerter K+-Kanäle verur-sacht. Die DA- und 5-HT-induzierte Depolarisation hing kritisch von der Aktivität eines basolateral lokalisierten Na+-K+-2Cl--Symporters ab. GABA, TA und OA potenzierten die elektrischen Antworten der Acinuszellen, wenn diese durch SDN-Stimulierung hervorgerufen wurden. Dabei war OA wirksamer als TA. Dieses Ergebnis zeigte, dass diese Substanzen als im Drüsenkomplex präsynaptisch und erregend als Neuromodulatoren wirken. Pharmakologische Untersuchungen ergaben, dass die erregende Wirkung von GABA durch einen G-Protein-gekoppelten GABAB-Rezeptor vermittelt wurde. Messungen der durch SDN-Stimulierung induzierten Flüssigkeits- und Proteinsekretionsraten zeigten, dass beide Parameter in Anwesenheit von GABA verstärkt waren. Dies ließ auf eine verstärkte serotonerge Neurotransmission schließen, da nur 5-HT die Bildung eines Protein-haltigen Speichels verursacht. Immuncytochemische Untersuchungen zeigten, dass die Drüsen tyraminerge und octopaminerge Innervation empfangen. Weiterhin wurde der erste charakterisierte TA-Rezeptor (PeaTYR1) der Schabe auf einem paarigen, lateral zur Drüse ziehenden Nerv markiert, der auch tyraminerge Fasern enthielt. Die vorliegende Arbeit trug zum Verständnis der komplexen Funktionsweise der Speicheldrüse der Schabe bei und erweiterte das lückenhafte Wissen über die neuronale Kontrolle exokriner Drüsen in Insekten. / The cockroach Periplaneta americana has acinar type salivary glands. The secretory acini consist of P-cells, responsible for electrolyte and water secretion and C-cells that secrete protein into the saliva. Salivation is controlled by the dopaminergic and GABAergic salivary neurons SN1 and SN2, and by several smaller serotonergic neurons. Dopamine (DA) and serotonin (5-HT) induce the secretion of a NaCl-rich saliva. The physiological role of the GABAergic innervation was unknown. Furthermore, the cellular actions of the biogenic amines DA and 5-HT were poorly understood. Based on studies on other insect salivary glands a role for octopamine (OA) and tyramine (TA) acting as neuromodulators was suggested. In this study, intracellular recordings of the basolateral membrane potential of acinar cells were performed to examine direct and modulating actions of the biogenic amines DA, 5-HT, OA, TA and of GABA. A nerve-gland preparation was developed and used to investigate the actions of neuromodulators, namely GABA, OA and TA. DA and 5-HT induced biphasic membrane potential changes, consisting of an initial hyperpolarization and a transient depolarization. The DA-induced hyperpolarization was mediated by intracellular Ca2+-release and subsequent opening of basolateral Ca2+-dependent K+-channels. The DA- and 5-HT-induced depolarization was dependent on the presence of extracellular Na+ and the activity of a basolateral Na+-K+-2Cl--cotransporter. Electrical stimulation of the salivary duct nerve (SDN) by means of a suction electrode induced membrane potential changes with the same kinetics as those induced by bath application of DA and 5-HT. These results suggested that electrical nerve stimulation is a adequate method to investigate presynaptic effects of neuromodulators. GABA, OA and TA affected neither the resting membrane potential of the acinar cells, nor the DA- or 5 HT- induced potential changes. When GABA was applied during SDN-stimulation, it enhanced the amplitudes of the membrane potential changes of the acinar cells as well as fluid- and protein secretion rates of the glands. Pharmacological experiments revealed that the excitatory action of GABA in the gland complex is mediated by a metabotropic GABA receptor (GABAB-type). OA and TA enhanced the membrane potential changes of the acinar cells when these were induced by SDN-stimulation, suggesting presynaptic excitatory roles for both amines in the gland complex. Immunocytochemistry revealed rich innervation of the salivary glands with octopamine- immunoreactive fibers that were also stained by the tyramine-antibody, and with tyramine-immunoreactive fibers lacking octopamine-immunoreactivity. Since the tyramine receptor PeaTYR1 is expressed in the salivary gland complex, its distribution was investigated by using a specific antibody. Immunoreactivity was detected in a paired nerve of unknown root. This nerve innervated only few acini lying in the periphery of the gland complex and contained tyraminergic fibers. This study extends our knowledge about the complex neuronal control and function of insect salivary glands.

Biogene Amine sind kleine organische Verbindungen, die sowohl bei Wirbeltieren als auch bei Wirbellosen als Neurotransmitter, Neuromodulatoren und/oder Neurohormone wirken können. Sie bilden eine bedeutende Gruppe von Botenstoffen und entfalten ihre Wirkungen über die Bindung an eine bestimmte Klasse von Rezeptorproteinen, die als G-Protein-gekoppelte Rezeptoren bezeichnet werden. Bei Insekten gehören zur Substanzklasse der biogenen Amine die Botenstoffe Dopamin, Tyramin, Octopamin, Serotonin und Histamin. Neben vielen anderen Wirkung ist z.B. gezeigt worden, daß einige dieser biogenen Amine bei der Honigbiene (Apis mellifera) die Geschmacksempfindlichkeit für Zuckerwasser-Reize modulieren können. Ich habe verschiedene Aspekte der aminergen Signaltransduktion an den „Modellorganismen“ Honigbiene und Amerikanische Großschabe (Periplaneta americana) untersucht. Aus der Honigbiene, einem „Modellorganismus“ für das Studium von Lern- und Gedächtnisvorgängen, wurden zwei Dopamin-Rezeptoren, ein Tyramin-Rezeptor, ein Octopamin-Rezeptor und ein Serotonin-Rezeptor charakterisiert. Die Rezeptoren wurden in kultivierten Säugerzellen exprimiert, um ihre pharmakologischen und funktionellen Eigenschaften (Kopplung an intrazelluläre Botenstoffwege) zu analysieren. Weiterhin wurde mit Hilfe verschiedener Techniken (RT-PCR, Northern-Blotting, in situ-Hybridisierung) untersucht, wo und wann während der Entwicklung die entsprechenden Rezeptor-mRNAs im Gehirn der Honigbiene exprimiert werden. Als Modellobjekt zur Untersuchung der zellulären Wirkungen biogener Amine wurden die Speicheldrüsen der Amerikanischen Großschabe genutzt. An isolierten Speicheldrüsen läßt sich sowohl mit Dopamin als auch mit Serotonin Speichelproduktion auslösen, wobei Speichelarten unterschiedlicher Zusammensetzung gebildet werden. Dopamin induziert die Bildung eines völlig proteinfreien, wäßrigen Speichels. Serotonin bewirkt die Sekretion eines proteinhaltigen Speichels. Die Serotonin-induzierte Proteinsekretion wird durch eine Erhöhung der Konzentration des intrazellulären Botenstoffs cAMP vermittelt. Es wurden die pharmakologischen Eigenschaften der Dopamin-Rezeptoren der Schaben-Speicheldrüsen untersucht sowie mit der molekularen Charakterisierung putativer aminerger Rezeptoren der Schabe begonnen. Weiterhin habe ich das ebony-Gen der Schabe charakterisiert. Dieses Gen kodiert für ein Enzym, das wahrscheinlich bei der Schabe (wie bei anderen Insekten) an der Inaktivierung biogener Amine beteiligt ist und im Gehirn und in den Speicheldrüsen der Schabe exprimiert wird. / Biogenic amines are small organic compounds that act as neurotransmitters, neuromodulators and/or neurohormones in vertebrates and in invertebrates. They form an important group of messenger substances and mediate their diverse effects by binding to membrane receptors that primarily belong to the large gene-family of G protein-coupled receptors. In insects, the group of biogenic amine messengers consists of five members: dopamine, tyramine, octopamine, serotonin, and histamine. Besides many other effects, some of these biogenic amines were shown, for example, to modulate gustatory sensitivity to sucrose stimuli in the honeybee (Apis mellifera). I have investigated various aspects of the aminergic signal transduction in the “model organisms” honeybee and American cockroach (Periplaneta americana). So far, I have characterized two dopamine receptors, a tyramine receptor, an octopamine receptor and a serotonin receptor of the honeybee, which is well-known for its learning and memory capacities. The receptors where expressed in cultivated mammalian cells in order to analyze their pharmacological and functional (i.e., second messenger coupling) properties. The spatiotemporal expression patterns of the respective receptor mRNA were investigated in the honeybee brain by using different techniques (RT PCR, Northern blotting, in situ-hybridization). The salivary glands of the American cockroach were used as a model object in order to investigate the cellular effects of biogenic amines. Both dopamine and serotonin trigger salivary secretion in isolated salivary glands. The quality of the secreted saliva is, however, different. Stimulation of the glands by serotonin results in the production of a protein-rich saliva, whereas stimulation by dopamine results in saliva that is protein-free. Serotonin-induced protein secretion is mediated by an increase in the intracellular concentration of cAMP. The pharmacological properties of dopamine receptors associated with cockroach salivary glands were investigated and the molecular characterization of putative aminergic receptors of the cockroach was initiated. Furthermore, I have characterized the ebony gene of the cockroach. This gene encodes an enzyme that is probably involved in the inactivation of biogenic amines in the cockroach (as in other insects). The ebony gene is expressed in the brain and in the salivary glands of the cockroach.