Die Funktion von Calcium-aktivierten Chloridkanälen bei der olfaktorischen Signalverarbeitung

• Antragsteller: Professor Dr. Stephan Frings
• Fachliche Zuordnung: Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen ; Biochemie und Physiologie der Tiere ; Biologie des Verhaltens und der Sinne
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 257313780

Ionenkanäle vermitteln vielfältige Signalprozesse in Nervenzellen und stehen deshalb im Fokus der Erforschung von Prozessen der neuronalen Informationsverarbeitung. Im hier beantragten Projekt soll die Frage geklärt werden, zu welchem physiologischen Zweck die Riechzellen von Wirbeltiere in ihren chemosensorischen Zilien Calcium-aktivierbare Chloridkanäle exprimieren. In den Zilien vollzieht sich die Umsetzung von Geruchsreizen in elektrische Signale, und die Chloridkanäle scheinen dabei eine zentrale Rolle zu spielen. Nach der gängigen Arbeitshypothese in der Riechforschung sind Chloridkanäle Teil eines zellulären Verstärkungsmechanismus, der letztlich die Geruchsempfindlichkeit steigert. Man nimmt an, dass schwache Geruchsreize nur durch diesen Verstärkungsmechanismen zur elektrischen Erregung der Riechzelle führen können. Neue Beobachtungen mit Mäusen, bei denen die Chloridkanäle gentechnisch entfernt worden sind, lassen an dieser Hypothese zweifeln, denn die Mäuse können auch ohne Chloridkanäle riechen. Das hier beantragten Projekt basiert auf unserer Entdeckung, dass die Chloridkanäle der Riechzellen eine bisher unbekannte Eigenschaft haben: sie inaktivieren. Sie öffnen sich bei Geruchstimulation nur kurz und schließen dann wieder - auch bei andauerndem Reiz. Dieser Befund weist darauf hin, dass für den physiologischen Effekt der zeitliche Verlauf der Kanalaktivierung ausschlaggebend ist. Aus diesem Grund sollen in diesem Projekt dynamische Aspekte der Signalverarbeitung im Riechsystem von Mäusen mit und ohne Chloridkanäle verglichen werden. Durch Charakterisierung der Netzwerkaktivität im Riechkolben (Bulbus olfactorius) während einer repetitiven, pulsartigen Stimulation im Frequenzbereich von 1 - 12 Hz soll nach Unterschieden zwischen Wildtyp-Mäusen und Chloridkanal-knockout-Mäusen gesucht werden. Frequenzen von 5 - 12 Hz entsprechen dem Schnüffelverhalten von Mäusen, einer erhöhten Atemfrequenz, der typisch ist für exploratives Verhalten und genaue Untersuchung von Geruchsobjekten. Um präzise und reproduzierbare Reize einsetzen zu können, wird ein optogenetischer Ansatz gewählt. Die repetitive Stimulation erfolgt dabei durch Lichtpulse bei Mäusen, die Channelrhodopsin in allen Riechzellen exprimieren. Parallel zu diesem Netzwerkansatz sollen auf molekularer Ebene die Mechanismen der Kanalinaktivierung sowie auf Ebene der Riechzellen die Regulation der Inaktivierung genauer untersucht werden. Ziel des Projektes ist es, den Zusammenhang zwischen Chloridkanalaktivität und Netzwerkaktivität aufzudecken und dadurch zu einem Verständnis der Rolle von Chloridkanälen bei der olfaktorischen Signalverarbeitung zu gelangen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Person: Dr. Frank Möhrlen