Der Einfluss des Sättigungszustandes auf appetitive sensorische Prozessierung, Lernen und Gedächtnisbildung : die Rolle der 5';-Adenosinmonophosphat-aktivierten Proteinkinase

Abstract

In der vorliegenden Arbeit wurde gezeigt, dass der zelluläre Energiesensor AMPK, der bei der Regulation der Nahrungsaufnahme eine Rolle spielt, zwischen Sättigung und appetitiven Lern- und Gedächtnisprozessen vermittelt. Um die Aktivität der AMPK in neuronalen Netzwerken zeitlich und räumlich schnell zu manipulieren wurde eine neue Methode entwickelt, mit der die Aktivität der AMPK durch Photolyse von ADP schnell erhöht und ein niedriger zellulärer Energiespiegel simuliert werden kann. Mit Hilfe dieser Methode konnte bei der Honigbiene Apis mellifera gezeigt werden, dass die AMPK nicht nur die Zuckerwasserempfindlichkeit reguliert, sondern auch das Habituationsverhalten beeinflusst. Damit wurde nachgewiesen, dass die AMPK als genereller Modulator von sättigungsabhängigen Verhaltensänderungen fungiert. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass die AMPK-Aktivierung genügt, um bei gesättigten Tieren ein Gedächtnis zu etablieren, welches nur hungrigen Tieren vorbehalten war. Dies zeigt erstmals die Beteiligung der AMPK an der Gedächtnisbildung und macht diese, da sie den Sättigungszustand mit dem Lernprozess verknüpft, zu einem potenziellen Regler für die Belohnungsstärke und Motivation beim appetitiven gustatorischen Lernen. Damit wurde die Grundlage geschaffen, diese Hypothese auch in Vertebraten zu testen.

In this study I identified the AMP-protein kinase (AMPK) that is known as a cellular energy sensor as a molecular mediator between satiation level and satiation-dependent effects on appetitive sensory processing, learning and memory formation. To simulate a low cellular energy level within a part of a neuronal network of satiated animals, I established a method that uses the photo release of caged ADP to spatially and temporally activate AMPK in the nervous system of honeybees in vivo. Using this approach I demonstrated that AMPK mediates the satiation-dependent effect on responsiveness and habituation of appetitive stimuli in honeybee. Moreover, simulation of a low energy level in the brain of satiated animals is sufficient to establish a memory at high level typical for hungry animals. Taken together, these findings provide first evidence that AMPK-dependent processes play a major role in linking the effects of satiation level at the systems level to the well-known satiation-dependent effects in appetitive behavior including associative learning and memory formation.