Molecular mechanism of olfactory signal transduction in Drosophila
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Conclusion 6.2 Zusammenfassung Drosophila melanogaster hat 60 Geruchsrezeptorgene, die in den dritten antennalen Segementen sowie den Maxillarpalpen exprimiert werden. Die Rezeptorproteine weisen ein gut charakterisiertes Antwortprofil für Geruchsstoffe auf. Ein bestimmtes Geruchsrezeptorgen wird nur in einer kleinen Population von olfaktorischen Neuronen exprimiert. Jedes Neuron exprimiert nur eine sehr kleine Anzahl an Geruchsrezeptorgenen vergleichbar mit dem olfaktorischen System von Säugetieren. Auf zellulärer Ebene beginnt die olfaktorische Signaltransduktion mit der Aktivierung von olfaktorischen Rezeptoren, die in der Lage sind, ein breites Spektrum von strukturell unterschiedlichen Substanzen zu erkennen. Während die olfaktorischen Rezeptoren der Vertebraten 7-Transmembranproteine sind, die nach der Bindung von Liganden heterotrimere G-Proteine aktivieren, wurde für die olfaktorischen Rezeptoren von Drosophila eine inverse Membrantopologie im Vergleich zu den klassischen G-Protein gekoppelten Rezeptoren festgestellt, mit einem intrazellulären N- und einem extrazellulären C-Terminus. Darüber hinaus wurde kürzlich gezeigt, dass die olfaktorischen Rezeptoren von Drosophila als ligandengesteuerte Ionenkanäle funktionieren können. Ergebnisse anderer Arbeitsgruppen lassen jedoch auf eine zusätzliche Beteiligung von heterotrimeren G-Proteinen in der Geruchsrezeptorabhängigen Signalweiterleitung schließen. Es stellt sich daher die Frage, ob diese 7Transmembranrezeptoren ungeachtet der Tatsache, dass diese direkt aktiviert werden können, auch an heterotrimere G-Proteine koppeln. Die von uns erzielten Ergebnisse aus pharmakologischen in vivo Studien, elektrophysiologischen Messungen, ProteinUmverteilungsanalysen olfaktorischen sowie Rezeptoren Untersuchungen zeigen, dass für an die rekombinant exprimierten Geruchsrezeptor-abhängige Signaltransduktion in Drosophila tatsächlich G-Proteine benötigt werden. Unsere Daten erbringen klare Beweise für eine Beteiligung des stimulatorischen Gαs-Proteins in der Signalkaskade von olfaktorischen Rezeptorneuronen. Passend zu einer Gαs-abhängigen Signalkaskade konnte gezeigt werden, dass ein erhöhtes Niveau von cAMP zu einer Erregung von olfaktorischen Neuronen führt. Weiterhin bewirkte die Manipulation des zellulären cAMP Niveaus eine Wiederherstellung der spontanen neuronalen Aktivität in 80 Conclusion OR83b-knockout-Fliegen, die prinzipiell keine spontane Aktivität von olfaktorischen Rezeptorneuronen zeigen, was möglicherweise auf eine Rolle von OR83b in der cAMPabhängigen Modulation schließen lässt. Die Messungen an Ih Kanal knockout-Fliegen lassen vermuten, dass Ih-Kanäle als ein Typ von Effektoren stromabwärts der cAMPBildung dienen könnten. Vorangegangene Studien mit Gαq, PLC und DAG Mutanten deuten auf eine mögliche Beteiligung des IP3-Signalweges in der olfaktorischen Signaltransduktion von Insekten hin. In der vorliegenden Studie wurde ein hoher Expressionslevel von Gαq3 in den Antennen von Drosophila gefunden, jedoch nicht in den Zilien der olfaktorischen Zellen. Die Expression eines kontinuierlich aktivierten Gαq3 in den olfaktorischen Neuronen führte zu einer Verminderung in der Resensitisierung. Diese Ergebnisse weisen darauf hin, dass Gαq3 nicht an der primären Signaltransduktionskaskade beteiligt ist, aber möglicherweise eine Rolle in der Endozytose und Degradation der Rezeptoren spielt oder die olfaktorische Signaltransduktion in Abstimmung mit dem Gαs Signalweg reguliert. Erste Untersuchungen zur Geruchswahrnehmung von Larven zeigten, dass hier ein unterschiedlicher zellulärer Signalweg vorliegen könnte, an dem Gαq und nicht Gαs beteiligt ist. 81
