Connectomic Analysis of a Peptidergic Circuit in <em>Drosophila</em>

Abstract

The homologous neuropeptides neuromedinU (NMU) and hugin have similar effects on food intake and physical activity in mammals and <em>Drosophila</em>, respectively. Little is known about the neuronal networks that employ either neuropeptide. This study maps the connectivity of hugin-producing neurons in the <em>Drosophila</em> larva on both synaptic and peptide- receptor level.<br /> This <em>hugin connectome </em>reveals that hugin neurons are organized into independent subnet- works, each with its own sets of pre- and postsynaptic partners. One of these subnetworks connects the chemosensory with the neuroendocrine system and thereby possibly provides the neural substrate for the effect of hugin neurons on feeding behavior. Strikingly, the connection between hugin and endocrine neurons is based on parallel synaptic transmission using acetyl- choline as synaptic small molecule transmitter and a peptide-receptor connection. Both types of transmission are required for the effect of hugin neurons on feeding behavior.<br /> Among the targets of hugin neurons are neuroendocrine cells of the pars intercerebralis, the <em>Drosophila</em> homolog of the hypothalamus, that produce insulin-like peptides, diuretic hormone 44 and Dromyosuppressin. This chemical connectivity is very similar to how NMU operates in mammals, indicating a strong conservation between hugin and NMU, not only on the functional but also on a connectivity level.

Die homologen Neuropeptide NeuromedinU (NMU) und Hugin haben ähnliche Effekte auf Nahrungsaufnahme und physische Aktivität in Säugetieren bzw. <em>Drosophila</em>. Über die neuralen Netzwerke, in denen das jeweilige Neuropeptid eine Rolle spielt, ist wenig bekannt. In dieser Arbeit wurde die Konnektivität von Hugin-produzierenden Neuronen in larvalen <em>Drosophila</em> auf Ebene von Synapsen und Peptid-Rezeptor Verbindungen untersucht.<br /> Das damit generierte <em>Hugin Konnektom</em> zeigt, dass Hugin Neurone in unabhängige Subnetz- werke organisiert sind, von denen jedes einen einzigartigen Satz von prä- und postsynaptischen Partnern hat. Eines dieser Subnetzwerke verbindet das chemosensorische mit dem neuroendokrinen System und stellt damit möglicherweise die neuronale Grundlage für den Effekt von Hugin Neuronen auf die Nahrungsaufnahme dar. Diese Verbindung zwischen hugin und dem endokrinen System basiert auf paralleler synaptischer Transmission mittels Acetylcholin und Peptid-Rezeptor Verbindung. Beide Arten von Transmission werden für den Effekt von Hugin Neuronen auf die Nahrungsaufnahme benötigt.<br /> Unter den Zielen von Hugin Neuronen sind neuroendokrine Zellen im Pars Intercerebralis, dem <em>Drosophila</em>-Homolog des Hypothalamus, die Insulin-ähnliche Peptide, diuretisches Hormon 44 und Dromyosuppressin produzieren. Diese chemische Konnektivität ähnelt der von NMU in Säugetieren und ist damit ein Hinweis auf eine starke Konservierung zwischen Hugin und NMU nicht nur auf funktioneller Ebene, sondern auch auf Ebene der Konnektivität.