Drosophila melanogaster is an invaluable model organism for the study of basic neuroscience. Using two previously characterized mating behaviours (Longer- and Shorter-Mating Duration), this research aims to further our knowledge of the neural circuit involved in each, and shed light on the mechanism by which four SIFamide producing neurons are involved in both. We also seek to investigate the involvement of core circadian clock genes in interval timing mechanisms. To do so, we investigated the populations of SIFamide receptor expressing neurons necessary for each behaviour and studied the contribution of circadian clock genes within the SIFamide signalling pathway. Our main experimental approach consisted of population specific knock-downs of the SIFamide receptor, the impact of which was assessed using a simple behavioural assay. This approach was complemented by rescue experiments and feminization of neurons. Finally, our investigation of the circadian clock was mediated by circadian gene knock-downs in SIFamide expressing neurons. Our results show that SIFamide signalling for each mating behaviour is mediated by segregated signalling to different, non male-specific SIFamide receptor expressing neuronal populations. We further demonstrate that SIFamide expressing neurons are not involved in the interval timing mechanism of these mating behaviours via core circadian gene contribution. This work presents preliminary results towards the investigation of a novel model of decision-making via neuronal signalling.

Dans le but d’étudier le rôle fonctionnel des neuropeptides chez la drosophile, nous avons essayé d’utiliser le récepteur µ aux opioïdes (MOR) afin d’inhiber temporairement la libération de neuropeptides. Cependant, quand nous l’avons exprimé dans les cellules endocrines produisant l’hormone adipokinétique (AKH), le récepteur MOR a présenté une activité constitutive empêchant tout contrôle dans le temps. Nous proposons d’utiliser les récepteurs RASSL (Receptors Activated Solely by Synthetic Ligands) développés chez les vertébrés. Ces récepteurs, activés uniquement par des ligands synthétiques, ont été modifiés afin qu’ils soient dénués d’activité constitutive. Afin de tester rapidement l’efficacité d’un récepteur RASSL inhibiteur chez la drosophile, nous avons cherché une alternative à la mesure des taux de tréhalose et de glycogène (démontrant la libération d’AKH) qui en plus d’être laborieuse produit des résultats variables. L’hormone GPA2/GPB5, récemment découverte, est particulièrement intéressante, en effet, elle semble avoir un rôle antidiurétique. Nous avons généré des lignées transgéniques exprimant la protéine Gal4 dans les cellules GAP2/GPB5 et nous avons montré que l’ablation génétique de ces cellules compromet la survie suggérant qu’elles pourraient représenter un bon système pour tester l’efficacité du RASSL inhibiteur. Ensuite nous nous sommes intéressés au contrôle de la libération du neuropeptide AKH qui a un rôle fonctionnel homologue à celui du glucagon des vertébrés. Malgré quelques résultats encourageants, nous n’avons pas pu confirmer le rôle inhibiteur de l’AstA sur la libération de l’AKH. Enfin nous nous sommes intéressés au réseau qui contrôle le comportement de cour. Nous avons généré des lignées transgéniques exprimant la protéine Gal4 sous la dépendance du promoteur potentiel du récepteur du neuropeptide SIFamide (SIFR) et nous avons démontré que ce neuropeptide contrôle le comportement de cour via son récepteur SIFR en agissant, du moins en partie, sur les neurones fruitless. / In order to study the functional roles of neuropeptides in Drosophila, I attempted to use the µ opioïd receptor (MOR) to temporarily inhibit liberation of neuropeptides. However, when expressed in the AKH (adipokinetic hormone) endocrine cells of Drosophila, MOR turned out to be constitutively active, making it impossible to use it as envisioned. Others have encountered and subsequently solved similar problems for the so-called RASSL (Receptors Activated Solely by Synthetic Ligands) in vertebrates. As the bioassay for testing release of AKH is cumbersome, time-consuming and variable, I searched for an alternative neuroendocrine system to test the efficiency of an inhibitory RASSL in Drosophila. The recently discovered GPA2/GPB5 seemed particularly attractive, as it is likely an antidiuretic hormone. Transgenic flies expressing Gal4 in the GPA2/GPB5 were produced and genetic ablation of these cells severely compromised survival, suggesting that this might indeed be good model system. Attempts so demonstrate a physiological role of allatostatin A in the release of AKH yielded inconclusive results. In order to study the role of the neuropeptide SIFamide, which modulates sexual behavior in Drosophila, I generated transgenic flies expressing Gal4 under dependence of potential promoter of this neuropeptide receptor (SIFR) and showed that SIFamide controls courtship at least in part by acting directly on fruitless neurons.

Für alle Tiere ist die Nahrungsaufnahme ein überlebenswichtiger Vorgang. Das konsumatorische Verhalten ist Teilaspekt eines homöostatischen Prozesses. Ausgelöst wird konsumatorisches und appetitives Verhalten durch interne, motivationale Zustände. Die internen Zustände „gesättigt“ und „ungesättigt“ werden bei vielen Tierarten durch ein Wechselspiel zwischen orexigen- und anorexigen-wirkenden Neuropeptiden vermittelt. Um die zentralnervöse Steuerung von Appetit und Sättigung genauer zu klären, wurde in dieser Studie die schwarzbäuchige Taufliege Drosophila melanogaster als Modellorganismus genutzt. Dabei konnte gezeigt werden, dass durch eine artifizielle, thermogenetisch induzierte Aktivierung von Neuronen, welche das Neuropeptid SIFamid exprimieren, das Verhalten der Insekten verändert wird. Die Tiere zeigen vermehrte Nahrungsaufnahme und sind motivierter, auf appetitive gustatorische und olfaktorische Reize zu reagieren. Des Weiteren wurden Hinweise gesammelt, dass das Neuropeptid SIFamid keinen inhibitorischen Einfluss auf das Balzverhalten der Taufliegen ausübt. Mit immunhistochemischen Färbungen konnte gezeigt werden, dass die Dendriten der SIFamidergen Neurone in unmittelbarer Nähe zu den Axonendigungen von Neuronen, die orexigen- oder anorexigen-wirkende Neuropeptide produzieren, liegen. Dieser Befund lässt auf ein mögliches Zusammenspiel zwischen den diversen peptidergen Neuronen schließen. Mit Hilfe der split-GFP-Technik konnte das peptiderge Netzwerk der SIFamidergen Neurone detaillierter untersucht werden. Es wurde gefunden, dass die SIFamidergen Neurone in enger räumlicher Nachbarschaft zu Neuronen, die in die Nahrungsaufnahme sowie die nervöse Steuerung des Metabolismus involviert sind, stehen. In Kombination mit einem zweiten, unabhängigen Expressionssystem konnten die SIFamidergen Neurone thermogenetisch depolarisiert werden und die neuronale Antwort der olfaktorischen Rezeptorneurone auf Duftstimuli in den Antennalloben mit Hilfe von in-vivo Calcium Imaging untersucht werden. Es konnte dadurch gezeigt werden, dass die neuronale Aktivität in den Duftsinneszellen erhöht ist. Aufgrund vorliegender Daten aus Anatomie, Verhaltensexperimenten und in-vivo Calcium Imaging lässt sich schlussfolgern, dass SIFamid ein bis dato unbekannter „Mitspieler“ bei der Steuerung der Nahrungsaufnahme ist und modulierend auf sensorische neuronale Schaltkreise sowie insgesamt appetitfördernd auf die Taufliege wirkt.

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