Identification and physiological characterization of calcium-activated ion channels in vomeronasal sensory neurons of the mouse

• Identifikation und physiologische Charakterisierung von Calcium-aktivierten Ionenkanälen in vomeronasalen sensorischen Neuronen der Maus

Degen, Rudolf; Spehr, Marc (Thesis advisor); Manzini, Ivan (Thesis advisor)

Aachen : RWTH Aachen University (2021)
Doktorarbeit

Dissertation, RWTH Aachen University, 2021

Kurzfassung

Die meisten Säugetiere nutzen ihr akzessorisches olfaktorisches System, bestehend aus dem vomeronasalen Organ und dem akzessorischen olfaktorischen Bulbus, um Informationen über ihre Umwelt zu sammeln. Das vomeronasale Organ enthält zahlreiche vomeronasale sensorische Neurone (VSNs), welche Signalstoffe aus Körperflüssigkeiten detektieren. Signalstoffe werden sowohl von Artgenossen als auch Feinden abgesondert und vermitteln Informationen über diese. Diese Informationen werden in einem relativ simplen neuronalen Pfad verarbeitet bevor schließlich eine Verhaltensreaktion ausgelöst wird. In dieser Dissertation habe ich die Calcium abhängige Signal Modellierung in VSNs untersucht. Hierfür habe ich elektrophysiologische Patch-Clamp Aufnahmen mit Einzelzell-Calcium-Imaging und lasergesteuertem Calcium-uncaging kombiniert. NP-EGTA wurde in verschiedenen Kompartimenten der VSNs zersetzt, um Calcium-aktivierte Ionenströme zu untersuchen. Ich habe zwei räumlich getrennte und elektrophysiologisch unterschiedliche Calcium-aktivierte Ionenströme gefunden. Der erste Calcium-aktivierte Strom wurde im apikalen dendritischen Knob der VSNs gefunden, wo vermutlich Chlorid Ionen von TMEM16A und TMEM16B Ionen Kanäle geleitet werden. Ich habe gezeigt, dass die Aktivierung dieses Chlorid Stroms zu einer Depolarisation der Zelle und zur Bildung von Aktionspotentialen führt. Der zweite Calcium-aktivierte Strom befindet sich im VSN Soma und hyperpolarisiert die Zelle. Durch elektrophysiologische und pharmakologische Charakterisierung des somatischen Calcium-aktivierten Stroms habe ich herausgefunden, dass dieser hauptsächlich Kalium Ionen leitet. Durch die pharmakologische Blockade der Calcium-aktivierten Ionenkanäle SK und BK konnte ich vier verschiedene Populationen von VSNs identifizieren. Der Großteil der Zellen, 47 %, hatte SK Ströme, die durch Apamin blockiert werden konnten. Ich habe herausgefunden, dass diese Zellen bei erhöhten Calcium Konzentrationen eine durch Apamin reversible Verschiebung des Membranpotentials und eine Verringerung der Aktionspotentiale aufweisen. In 22 % der VSNs habe ich Iberiotoxin sensitive BK Ströme gefunden. Diese Zellen zeigten ebenfalls eine Verschiebung des Membranpotentials und eine Verringerung der Aktionspotentiale bei erhöhten Calcium Konzentrationen. Hier konnte ich jedoch keine Umkehrung des Effektes durch Iberiotoxin beobachten. Von den VSNs, die mit beiden pharmakologischen Blockern getestet wurden, wiesen 44 % keine Blocker sensitiven Ströme auf und hatten somit auch keine bekannten Calcium-aktivierten Kalium Ströme. Weiterhin konnte ich transiente als auch persistente Blocker-unempfindliche Calcium-aktivierte Ströme in einigen Zellen isolieren, was auf weitere Calcium-aktivierte Ionenkanäle im VSN Soma hinweist. Meine Ionenaustausch Experimente geben erste Hinweise auf Calcium-aktivierte nicht selektive Kationen Kanäle sowie Calcium-aktivierte Chlorid Kanäle im VSN Soma. Insgesamt schlage ich eine heterogene VSN Population vor, in der multiple Calcium-aktivierte Ionenkanäle in verschiedenen Expressionsmustern vorkommen.

Einrichtungen

• Fachgruppe Biologie [160000]
• Lehrstuhl für Chemosensorik [163310]