Studienabschlussarbeit
Untersuchungen zur Geruchstransduktion bei Manduca sexta -Der Einfluss von Diacylglycerol auf die pheromonabhängigeSignaltransduktion



Details zur Publikation
Autor(inn)en:
Gawalek, P.
Publikationsjahr:
2010
Seitenbereich:
TBD

Zusammenfassung, Abstract
Die meisten Schwärmerarten sind in der Lage ihr artspezifisches Sexualpheromon selbst in geringen Konzentrationen über große Entfernungen zu detektieren. Dafür benötigen sie einen besonders gut ausgebildeten Geruchssinn. Dieser muss über Mechanismen verfügen, welche bei geringen Pheromonkonzentrationen die olfaktorischen Rezeptorneurone (ORNs) sensitivieren, bei höheren Konzentrationen jedoch adaptierend wirken. Es ist sehr wahrscheinlich, dass die Übertragung der Geruchsinformationen in den Antennen der Schwärmer über eine Transduktionskaskade läuft, die an verschiedenen Stellen moduliert werden kann. Die meisten Hinweise gibt es für eine Phospholipase Cβ (PLCβ) gekoppelte Signalübertragung (Boekhoff et al. 1990 a, b; Breer et al. 1990; Maida et al. 2000; Pophof und Van der Goes van Naters 2002). Hierbei wird durch die Bindung von Pheromonmolekülen an einen Rezeptor-Corezeptor-Komplex vermutlich ein Gq-Protein aktiviert, welches wiederum zur Aktivierung der PLCβ führt. Diese hydrolysiert PIP2 zu den sekundären Botenstoffen Inositoltrisphosphat (IP3) und Diacylglycerol (DAG). Es wird angenommen, dass diese in der Lage sind, Kationenkanäle in der dendritischen Membran der ORNs zu öffnen und so zu einem depolarisierenden Einstrom von Kationen führen (Stengl 1993, 1994; Lucas und Pézier 2006; Krannich 2008). Eine weitere Eigenschaft von DAG besteht darin, eine Proteinkinase C (PKC) zu aktivieren. Auch bei der olfaktorischen Transduktion in den Antennen der Schwärmer gibt es Hinweise darauf, dass die PKC die Signalübertragung moduliert und möglicherweise eine Rolle bei der Terminierung der Antworten der ORNs auf einen Pheromonreiz spielt (Stengl 1993; Schleicher et al. 1994; Dolzer et al. 2008). Neben der Vermutung einer metabotropen Reizübertragung mit Beteiligung einer PLCβ, gibt es auch Hinweise für ionotrope Mechanismen, die eine direkte Reizantwort ohne Einfluss von sekundären Botenstoffen bewirken (Sato et al. 2008; Smart et al. 2008). Hierbei könnte die Bindung des Pheromons an den Rezeptor-Corezeptor-Komplex, der vermutlich selbst einen Ionenkanal bildet, zur Öffnung dieses Kanals und somit zu einem direkten Einstrom von Kationen führen. Der Nachteil dieses Mechanismus ist die fehlende Modulierbarkeit, die jedoch wahrscheinlich notwendig ist, um die Detektion von Pheromonkonzentrationen über mehrere Potenzen zu ermöglichen. In dieser Diplomarbeit wurde der Einfluss des sekundären Botenstoffs DAG auf die olfaktorische Signaltransduktion der Männchen des Tabakschwärmers Manduca sexta untersucht. Mit Hilfe von extrazellulären tip recordings wurden über einen Zeitraum von drei Stunden die Veränderungen der Sensillenpotentialamplitude (SP-Amplitude) und der Aktionspotentialfrequenz (AP-Frequenz) einzelner pheromonsensitiver Sensillen erfasst. Die Stimulation erfolgte dabei alle fünf Minuten mit 1 µg bzw. 10 µg Bombykal (BAL), der Hauptkomponente des natürlichen Pheromongemisches. Für die Versuche wurden die membrangängigen DAG-Analoga 1,2-Dioctanoyl-sn-glycerol (DOG) und 1-Oleoyl-2-acetyl-sn-glycerol (OAG) in einer Konzentration von jeweils 100 µM mittels passiver Diffusion über den Sensillenlymphringer der Ableitelektrode appliziert. Die Ableitungen fanden zum einen zu Beginn der Ruhephase bei ZT 1 - 4 und zum anderen während der Ruhephase bei ZT 8 - 11 statt. Dies sollte zeigen, ob die Antworten auf einen Pheromonreiz im Tagesverlauf variieren. Es konnte gezeigt werden, dass beide Analoga bei einer Stimulation mit 1 µg BAL sowohl zu ZT 1 - 4, als auch zu ZT 8 - 11 zu einer Erhöhung der SP-Amplitude führten, die AP-Frequenz jedoch im Verlauf der Ableitungen abnahm. Bei einer Stimulation mit 10 µg BAL konnte zu beiden ZT-Zeiten eine Abnahme der SP-Amplitude und der AP-Frequenz beobachtet werden. Die Applikation der DAG-Analoga führte in den ORNs wahrscheinlich zu aktivierenden Effekten. Dieses äußerte sich durch die Erhöhung der SP-Amplitude bei geringen Pheromonkonzentrationen und durch die signifikant erhöhten Werte beider Parameter zu Beginn der Ableitungen mit einer höheren BAL-Konzentration gegenüber den Kontrollen. Vermutlich lässt sich dies auf die vermehrte Aktivierung von DAG-abhängigen TRP (transient receptor potential) Kanälen zurückführen. Der schnelle Einstrom von Ca2+ sorgt wahrscheinlich für die Zunahme der SP-Amplitude bei geringen Pheromondosen und für die erhöhten Absolutwerte bei der Applikation von 10 µg BAL. Hierbei führt die höhere Duftstoffkonzentration möglicherweise zu einer Beschleunigung der Reaktionskinetik bei der Antwort auf Pheromonreize. Erst bei höheren intrazellulären Ca2+-Konzentrationen, wie sie nach der Stimulation mit 10 µg BAL auftreten könnten, kommt es zu einer Aktivierung der PKC. Diese kann im Folgenden neben verschiedenen Kationenkanälen vermutlich auch die PLCβ phosphorylieren und somit zu einer Terminierung der Reizantwort führen. Diese Vermutung wird durch die Tatsache unterstützt, dass die SP-Amplitude bei höheren Pheromonkonzentrationen abnimmt und ebenso eine Reduktion der AP-Frequenz zu beobachten ist. Die Ausprägung der von den DAG-Analoga verursachten Effekten und deren Veränderungen im Verlauf der Ableitungen sind zu den beiden ZT-Zeiten unterschiedlich. Diese Unterschiede sind vermutlich unter anderem auf tageszeitliche Schwankungen in der intrazellulären Ca2+-Konzentration zurückzuführen. Es wird angenommen, dass der Ca2+-Spiegel während des Tages höher ist als nachts. Dies könnte zusammen mit den vermutlich unterschiedlichen Affinitäten der DAG-Analoga für die Aktivierung der TRP-Kanäle bzw. die Aktivierung der PKC zu den Unterschieden in den Reizantworten bei ZT 1 - 4 und ZT 8 - 11 geführt haben. Die tageszeitabhängigen Unterschiede in der Reizantwort unterliegen somit möglicherweise der kombinierten Wirkung aus der intrazellulären Ca2+-Konzentration, den verwendeten Analoga und der Pheromonkonzentration, die zur Stimulation der ORNs verwendet wurde.


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Zuletzt aktualisiert 2019-25-07 um 12:05