Untersuchung der Modulation der olfaktorischen

Chapter 7 – Conclusion
that ORs in the OE are internalized using different molecular mechanisms. These provide the
first insights into OR trafficking in native OSNs.
Both olfactory signaling and olfactory adaptation are underlying complex mechanisms
involving a number of various different proteins. To ensure correct signaling, the specificity
of interactions has to be maintained and crosstalk between the different pathways has to be
avoided. We described here the expression of a novel protein, MUPP1, highly localized in the
knobs and cilia of OSNs. Heterologous co-expression with hOR2AG1 revealed odor-induced
trafficking of MUPP1 to the plasma membrane. In addition, direct interactions between the
PDZ-domains 1+2 of MUPP1 and ORs in vitro were shown. Inhibition of MUPP1/hOR2AG1
complex in heterologous cells led to a prolonged response decay, indicating an involvement in
response termination. We described here the first building block of the putative
“olfactosome”, orchestrating the olfactory response.
7.2 Zusammenfassung
Die Wahrnehmung von Düften bildet die Überlebensgrundlage vieler Lebewesen. Im Laufe
der Evolution entwickelten sich daher mannigfaltige Mechanismen um die Spezifität der
olfaktorischen Signalübermittlung zu gewährleisten. Im Fokus der vorliegenden Arbeit stand
die Untersuchung molekularer Bestandteile der olfaktorischen Signalkaskade. Dabei wurden
vorrangig zwei Aspekte untersucht: die Identifizierung des signalverstärkenden olfaktorischen
Kalzium aktivierten Chloridkanals (CaCC) und die Adaptation in olfaktorischen Neuronen
durch die Untersuchung der Duftstoff induzierten Internalisierung des olfaktorischen
Rezeptors. Des Weiteren gelang die Identifizierung eines bislang im olfaktorischen Epithel
unbekannten Proteins.
Die Interaktion eines Duftstoffes mit einem olfaktorischen Rezeptor initialisiert eine
spezifische an zyklischem Adenosinmonophosphat gekoppelte Signaltransduktionskaskade,
welche nach Aktivierung zyklisch Nukleotid-gesteuerter Kanäle und anschließender Öffnung
des CaCCs zur Depolarisation des olfaktorischen Neurons führt. Es wird angenommen, dass
in Nagetieren 80 – 90% des Rezeptorstromes durch ausströmende Chloridionen erzeugt
werden. Obwohl der olfaktorische CaCC bereits elektrophysiologisch charakterisiert wurde,
blieb die molekulare Identität dieses Kanals bisher unbekannt. In der vorliegenden Arbeit
konnte die Expression eines bislang unbekannten Proteins, Tmem16b, in den Zilien
olfaktorischer Neurone nachgewiesen werden. Überdies konnten wir zeigen, dass Tmem16b
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in vergleichbarer Menge in den Zilien vorliegt, wie zuvor durch physiologische
Charakterisierung des nativen olfaktorischen CaCC beschrieben. Die elektrophysiologische
Untersuchung zeigte, dass heterolog exprimierter Tmem16b CaCC Eigenschaften aufweist,
die denen des nativen olfaktorischen CaCC gleichen. Tmem16b konnte somit im Rahmen der
vorliegenden Arbeit als wesentliche Komponente des nativen olfaktorischen CaCCs
identifiziert werden.
Um sich ständig wechselnden Duftstoffkonzentrationen anpassen zu können, unterliegt die
olfaktorische Signaltransduktionskaskade verschiedenen adaptiven Prozessen. Obwohl viele
dieser Regulationsmechanismen bereits untersucht und charakterisiert wurden, ist der Einfluss
von Mechanismen, die direkt am olfaktorischen Rezeptorprotein ansetzen, weitgehend
unbekannt. Ein limitierender Faktor bei der Untersuchung der Rezeptorinternalisierung in
nativer Umgebung war bislang das Fehlen spezifischer Antikörper gegen deorphanisierte
olfaktorische Rezeptoren. Durch die Herstellung eines spezifischen Antikörpers gegen den
olfaktorischen Rezeptor mOR-EG aus der Maus gelang es erstmalig, Transportprozesse eines
olfaktorischen Rezeptors in nativen olfaktorischen Neuronen zu untersuchen. Dabei konnte
gezeigt werden, dass mOR-EG nach Aktivierung von den Zilien zum Soma der olfaktorischen
Neurone transportiert wird. Des Weiteren zeigten Langzeitstimulationsversuche, dass eine
verlängerte Duftexposition zu einer spezifischen Adaptation im olfaktorischen Epithel führt.
Eine Duft-induzierte Umverteilung der olfaktorischen Signalproteine ACIII und Gαolf aus den
Zilien wurde hingegen nicht beobachtet. Unsere Daten geben darüber hinaus Grund zur
Annahme, dass olfaktorische Rezeptoren in nativen olfaktorischen Neuronen durch
verschiedene
molekulare
Mechanismen
internalisiert
werden.
Die
Ergebnisse
der
vorliegenden Arbeit liefern somit erste Einblicke in die Transportprozesse olfaktorischer
Rezeptoren im nativen System.
Sowohl Signalübermittlung als auch Adaptation in olfaktorischen Neuronen unterliegen
komplexen Mechanismen, welche exakt aufeinander abgestimmt sein müssen. Es ist daher
essentiell zusammengehörende Signalwege räumlich zu verbinden und separate Signalwege
voneinander zu trennen. In der vorliegenden Arbeit gelang uns die Identifizierung eines
bislang im olfaktorischen Epithel nicht beschriebenen Proteins, MUPP1, welches in den
dendritischen Köpfchen und den Zilien olfaktorischer Neurone angereichert ist. Heterologe
Expression von MUPP1 und dem humanen olfaktorischen Rezeptor hOR2AG1 führte zu
Duftstoff-induzierter Umverteilung von MUPP1 zur Plasmamembran. Zudem konnte eine
Interaktion zwischen den PDZ Domänen 1+2 von MUPP1 und olfaktorischen Rezeptoren in
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vitro gezeigt werden. Wird die MUPP1/hOR2AG1 Interaktion unterbunden, kommt es zu
einer Verlängerung der Signaltermination in heterologen Zellen. Dies weist auf eine
Beteiligung von MUPP1 bei der Termination der olfaktorischen Duftantwort hin.
Abschließend betrachtet scheint mit MUPP1 der erste Baustein des seit langer Zeit
vermuteten „Olfaktosoms“ identifiziert worden zu sein, welches die räumliche Organisation
olfaktorischer Signalproteine vermittelt.
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