Physiological characterization of accessory olfactory bulb mitral cells and their function in mouse behavior

• Physiologische Charakterisierung von Mitralzellen des akzessorischen olfaktorischen Bulbus und deren Funktion im Mausverhalten

Mohrhardt, Julia; Spehr, Marc (Thesis advisor); Kampa, Björn M. (Thesis advisor)

Aachen : RWTH Aachen University (2022)
Doktorarbeit

Dissertation, RWTH Aachen University, 2022

Kurzfassung

Die meisten Wirbeltierarten nutzen ihren Geruchssinn zur sozialen Kommunikation. Zu diesem Zweck haben sich verschiedene Geruchssysteme entwickelt. Insbesondere das VNO dient als Detektionsorgan für chemische Stoffe, die aus Körpersekreten freigesetzt werden. Als periphere Struktur des AOS nimmt das VNO chemosensorische Botenstoffe auf und leitet die Informationen an den AOB weiter. Unter Umgehung der thalamokortikalen Achse leiten die Projektionsneurone des AOB in die Amygdala und beeinflussen so direkt das Verhalten. Angesichts der entscheidenden Rolle, die die AOB Mitralzellen (AMCs) als neuronales Bindeglied zwischen dem sensorischen Input der AOS und dem Verhaltensoutput spielen, sind erstaunlich wenige Details über die Physiologie der AMCs bekannt. In dieser Arbeit habe ich das AMC Feuerungsmuster in vitro und in vivo untersucht. Zunächst habe ich mithilfe von AMC Patch-Clamp-Aufnahmen in akuten AOB-Schnitten bereits veröffentlichte Daten zur AMC-Autorhythmizität reproduziert und erheblich erweitert. Ich identifizierte eine neue Population periodisch feuernder AMCs, die durch Netzwerkaktivität gesteuert werden. Diese beiden Populationen, iAMCs und eAMCs, wiesen ähnliche intrinsische biophysikalische Eigenschaften auf, zeigten jedoch tiefgreifende Unterschiede in der funktionellen synaptischen Konnektivität. Der synaptische Input für iAMCs ist unregelmäßig und spärlich, während eAMCs periodischen Input aus dem Netzwerk erhalten. Die exzitatorische synaptische Übertragung in eAMCs ist entweder überwiegend von der schnellen glutamatergen Übertragung abhängig, oder die eAMC-Oszillationen sind weitgehend unempfindlich gegenüber der Hemmung ionotroper Glutamatrezeptoren. Als Nächstes untersuchte ich, ob die rhythmische Entladung in der letztgenannten eAMC-Population von möglichen metabotropen Signalwegen gesteuert/beeinflusst wird. Ich untersuchte die neuromodulatorische Signalübertragung über mAChR1- und mGluR1-Rezeptoren. Die pharmakologische Hemmung beider Isoformen führte zu modulierenden Effekten des synaptischen Inputs der eAMCs. Allerdings erwies sich keiner der beiden metabotropen Signalwege als notwendig für eAMC-Oszillationen. Zweitens gelang es mir, ein experimentelles Paradigma zur Beobachtung des Verhaltens von Mäusen bei gleichzeitiger Untersuchung der neuronalen Aktivität im AOB zu entwickeln. Ich habe Korrelationen zwischen dem Feuern einzelner Units und bestimmten Verhaltensweisen festgestellt. Meine Aufzeichnungen zeigen, dass 13,8% der AMCs auf Urinstimuli reagieren. Darüber hinaus antworten weitere 5% und 6,4% der Units während der immobilen Schnüffelphase bzw. des explorativen Verhaltens. Ich verglich die in vivo aufgezeichneten Entladungen bei wachen Tieren mit den zuvor ermittelten Mustern in anästhesierten Tieren. Darüber hinaus stellte ich auch geschlechtsabhängige Verhaltensunterschiede fest, wenn Mäuse den Urin des gleichen oder des anderen Geschlechts präsentiert bekamen. Zusammenfassend ist zu sagen, dass die in dieser Arbeit erzielten Ergebnisse einen neuen und wichtigen Einblick in die Funktion des AOB bei Mäusen geben. Ich liefere hiermit eine Fülle neuer Informationen über die Rolle der AMCs bei der chemosensorischen Informationsverarbeitung im AOS. Darüber hinaus habe ich einen Versuchsaufbau für die gleichzeitige Aufzeichnung und post-hoc-Korrelation der elektrophysiologischen Aktivität des AOB und des Verhaltens von Mäusen in einer gewohnten Umgebung im Heimatkäfig geschaffen. Zukünftige Studien werden dieses Paradigma nutzen, um verschiedene Aspekte des AOS zu analysieren.

Einrichtungen

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