Das Adulte Halskonnektiv

Das Halskonnektom

Vorhaben

In den meisten komplexen Nervensystemen gibt es eine klare anatomische Trennung zwischen dem Bauchmark im Thorax und Abdomen des Tieres, das die meisten der für das Verhalten notwendigen motorischen Endprodukte enthält, und dem Gehirn. Bei Insekten ist das Halskonnektiv sowohl ein physischer als auch ein informationeller Engpass, der das Gehirn mit dem Bauchmark or ventral nerve cord (VNC, analog zum Rückenmark) verbindet und verschiedene Populationen von absteigenden (DN), aufsteigenden (AN) und sensorisch aufsteigenden Neuronen umfasst, die entscheidend für die sensomotorische Signalgebung und Kontrolle sind. Eine komplette Rekonstruktion des Halskonnektivs, des Knotenpunkts zwischen Gehirn und Bauchmark, gibt daher wichtige Einblick, um zu verstehen, wie das Gehirn Verhalten steuert. 

Vorgehen

Durch die Integration von drei separaten EM-Datensätzen wollen wir eine vollständige konnektomische Beschreibung der auf- und absteigenden Neuronen des weiblichen Nervensystems von Drosophila liefern und sie mit den Neuronen des männlichen Nervenstrangs vergleichen. Korrekturgelesene neuronale Rekonstruktionen werden über Hemisphären, Datensätze und Geschlechter hinweg abgeglichen. Anschließend werden wir die durch Elektronenmikroskopie identifizierten Zelltypen mit lichtmikroskopischen Gehirnscans vergleichen, um spezifische Treiberlinien zu definieren und alle aufsteigenden Zellpopulationen zu klassifizieren.

Ziel

Ziel dieser Arbeit ist es, die allgemeine Architektur, die Bahnen, die Innervation und die Konnektivität der Halsneuronen aufzudecken. Wir wollen zusammenhängende Schaltkreise von absteigenden und aufsteigenden Neuronen identifizieren, die sich über den Hals erstrecken und möglicherweise motorische Prozesse unterstützen. Ebenso rekonstruieren wir eine vollständige Beschreibung der geschlechtsdimorphen Populationen ab- und aufsteigender Neuronen mit einer detaillierten Analyse der Schaltkreise, die an geschlechtsspezifischen Verhaltensweisen beteiligt sind, wie z. B. dem Ausstoßen des weiblichen Ovipositors, der Balz der Männchen und der Gesangsproduktion. Diese Arbeit ist somit die erste Analyse von Schaltkreisen auf elektronenmikroskopischer Ebene, die das gesamte zentrale Nervensystem eines erwachsenen Tieres umfasst.

Publikationen

• Network statistics of the whole-brain connectome of Drosophila
  Lin A, Yang R, Dorkenwald S, Matsliah A, Sterling AR, Schlegel P, Yu SC, McKellar CE, Costa M, Eichler K, Bates AS, Eckstein N, Funke J, Jefferis GSXE, Murthy M.
  Nature. 2024 Oct;634(8032):153-165.
  DOI: 10.1038/s41586-024-07968-y  

   

• The fly connectome reveals a path to the effectome.
  Pospisil DA, Aragon MJ, Dorkenwald S, Matsliah A, Sterling AR, Schlegel P, Yu SC, McKellar CE, Costa M, Eichler K, Jefferis GSXE, Murthy M, Pillow JW.
  Nature. 2024 Oct;634(8032):201-209.
  DOI: 10.1038/s41586-024-07982-0.

   

• Whole-brain annotation and multi-connectome cell typing of Drosophila.
  Schlegel P, Yin Y, Bates AS, Dorkenwald S, Eichler K, Brooks P, Han DS, Gkantia M, Dos Santos M, Munnelly EJ, Badalamente G, Serratosa Capdevila L, Sane VA, Fragniere AMC, Kiassat L, Pleijzier MW, Stürner T, Tamimi IFM, Dunne CR, Salgarella I, Javier A, Fang S, Perlman E, Kazimiers T, Jagannathan SR, Matsliah A, Sterling AR, Yu SC, McKellar CE; FlyWire Consortium; Costa M, Seung HS, Murthy M, Hartenstein V, Bock DD, Jefferis GSXE.
  Nature. 2024 Oct;634(8032):139-152.
  DOI: 10.1038/s41586-024-07686-5

   

• Neural circuit mechanisms underlying context-specific halting in Drosophila.
  Sapkal N, Mancini N, Kumar DS, Spiller N, Murakami K, Vitelli G, Bargeron B, Maier K, Eichler K, Jefferis GSXE, Shiu PK, Sterne GR, Bidaye SS.
  Nature. 2024 Oct;634(8032):191-200.
  DOI: 10.1038/s41586-024-07854-7

   

• A Drosophila computational brain model reveals sensorimotor processing.
  Shiu PK, Sterne GR, Spiller N, Franconville R, Sandoval A, Zhou J, Simha N, Kang CH, Yu S, Kim JS, Dorkenwald S, Matsliah A, Schlegel P, Yu SC, McKellar CE, Sterling A, Costa M, Eichler K, Bates AS, Eckstein N, Funke J, Jefferis GSXE, Murthy M, Bidaye SS, Hampel S, Seeds AM, Scott K.
  Nature. 2024 Oct;634(8032):210-219
  DOI: 10.1038/s41586-024-07763-9

   

• Neuronal wiring diagram of an adult brain.
  Dorkenwald S, Matsliah A, Sterling AR, Schlegel P, Yu SC, McKellar CE, Lin A, Costa M, Eichler K, Yin Y, Silversmith W, Schneider-Mizell C, Jordan CS, Brittain D, Halageri A, Kuehner K, Ogedengbe O, Morey R, Gager J, Kruk K, Perlman E, Yang R, Deutsch D, Bland D, Sorek M, Lu R, Macrina T, Lee K, Bae JA, Mu S, Nehoran B, Mitchell E, Popovych S, Wu J, Jia Z, Castro MA, Kemnitz N, Ih D, Bates AS, Eckstein N, Funke J, Collman F, Bock DD, Jefferis GSXE, Seung HS, Murthy M; FlyWire Consortium.
  Nature. 2024 Oct;634(8032):124-138
  DOI: 10.1038/s41586-024-07558-y

   

• Neurotransmitter classification from electron microscopy images at synaptic sites in Drosophila melanogaster.
  Eckstein N, Bates AS, Champion A, Du M, Yin Y, Schlegel P, Lu AK, Rymer T, Finley-May S, Paterson T, Parekh R, Dorkenwald S, Matsliah A, Yu SC, McKellar C, Sterling A, Eichler K, Costa M, Seung S, Murthy M, Hartenstein V, Jefferis GSXE, Funke J.
  Cell. 2024 May 9;187(10):2574-2594.e23.
  DOI: 10.1016/j.cell.2024.03.016

   

• Somatotopic organization among parallel sensory pathways that promote a grooming sequence in Drosophila. 
  Eichler K, Hampel S, Alejandro-García A, Calle-Schuler SA, Santana-Cruz A, Kmecova L, Blagburn JM, Hoopfer ED, Seeds AM.
  Elife. 2024 Apr 18;12:RP87602.
  DOI: 10.7554/eLife.87602

   

• A Connectome of the Male Drosophila Ventral Nerve Cord.
  Takemura S, Hayworth KJ, Huang GB, Januszewski M, Lu Z, Marin EC, Preibisch S, Xu CS, Bogovic J, Champion AS, Cheong HSJ, Costa M, Eichler K, Katz W, Knecht C, Li F, Morris BJ, Ordish C, Rivlin PK, Schlegel P, Shinomiya K, Stürner T, Zhao T, Badalamente G, Bailey D, Brooks P, Canino BS, Clements J, Cook M, Duclos O, Dunne CR, Fairbanks K, Fang S, Finley-May S, Francis A, George R, Gkantia M, Harrington K, Hopkins GP, Hsu J, Hubbard PM, Javier A, Kainmueller D, Korff W, Kovalyak J, Krzemiński D, Lauchie SA, Lohff A, Maldonado C, Manley EA, Mooney C, Neace E, Nichols M, Ogundeyi O, Okeoma N, Paterson T, Phillips E, Phillips EM, Ribeiro C, Ryan SM, Rymer JT, Scott AK, Scott AL, Shepherd D, Shinomiya A, Smith C, Smith N, Suleiman A, Takemura S, Talebi I, Tamimi IFM, Trautman ET, Umayam L, Walsh JJ, Yang T, Rubin GM, Scheffer LK, Funke J, Saalfeld S, Hess HF, Plaza SM, Card GM, Jefferis GSXE, Berg S.
  ELife. 2024 May 23; 13:RP97769.
  DOI: 10.7554/eLife.97769.1

   

• Systematic annotation of a complete adult male Drosophila nerve cord connectome reveals principles of functional organisation.
  Marin EC, Morris BJ, Stürner T, Champion AS, Krzeminski D, Badalamente G, Gkantia M, Dunne CR, Eichler K, Takemura S, Tamimi IFM, Fang S, Moon SS, Cheong HSJ, Li F, Schlegel P, Ahnert SE, Berg S, Janelia FlyEM Project Team, Card GM, Costa M, Shepherd D, Jefferis GSXE.
  ELife 2024 July 22; 13:RP97766
  DOI: 10.7554/ELife.97766.1

   

• Transforming descending input into behavior: The organization of premotor circuits in the Drosophila Male Adult Nerve Cord connectome.
  Cheong HSJ, Eichler K, Stürner T, Asinof SA, Champion AS, Marin EC, Oram TB, Sumathipala M, Venkatasubramanian L, Namiki S, Siwanowicz I, Costa M, Berg S, Janelia FlyEM Project Team, Jefferis GSXE, Card GM.
  ELife 2024 March 18; 13:RP96084
  DOI: 10.7554/eLife.96084.1