Analysis of olfactory signal transduction in the olfactory sensory neurons of Manduca sexta

Der Geruchssinn von Insekten spielt eine entscheidende Rolle bei Verhaltensweisen wie der Suche nach Nahrung und Paarungspartnern in der Umgebung. Die olfaktorische Signaltransduktion von Insekten ist umstritten und auch die Funktion des hoch konservierten olfaktorischen Rezeptor (OR) Co-Rezeptors Orco nicht vollständig aufgeklärt. In meiner Doktorarbeit habe ich die pheromonsensitiven olfaktorischen Rezeptorneurone (ORNs) des Tabakschwärmers Manduca sexta untersucht, mit Fokus auf Orco und seine Funktion in der Pheromontransduktion sowie bei der circadianen Modulation der Sensitivität und Kinetik der ORNs. Ich habe Experimente mit Orco-knockout (KO) Mutanten, die vom Max Planck Institut in Jena zur Verfügung gestellt wurden, und mit Wildtyp (WT) Tabakschwärmern durchgeführt. Tip Recordings von Sensillen auf der Antenne von Orco-KOs zeigten dabei keine gewöhnliche Antwort auf Bombykal (BAL), übereinstimmend mit Orcos Rolle als „Chaperon“ und/oder obligatorischen OR-Orco BAL-Rezeptor. Allerdings deuten Pheromon-abhängige Änderungen in einigen Ableitungen darauf hin, dass es neben den ORs einen weiteren Pheromonrezeptor gibt. Pharmakologische Untersuchungen mit Gα-Untereinheit gerichteten Toxinen an WT Schwärmern zeigten, dass die BAL-Antworten durch die verschiedenen verwendeten Toxine unterschiedlich ausfallen. Die Frequenz sowie die Latenzzeit der phasischen Aktionspotential (AP)-Antwort wurden durch das Gαs-aktivierende Choleratoxin und das Gαi/o-inhibierende Pertussistoxin (P-tox) signifikant vermindert. Da in der Vergangenheit gezeigt wurde, dass P-tox Pheromon-induzierte Anstiege des Inositol 1,4,5-trisphophat-Spiegels in der Antenne von Schaben und Schwärmern verhindert, stelle ich die Hypothese auf, dass es in meinen Experimenten in den ORNs der Schwärmer die Phospholipase Cβ-Aktivierung via BAL inhibiert. Vergangene in vitro Patch clamp-Experimente an M. sexta ORNs zeigten, dass drei von fünf Kalium-Strömen und zwei unspezifische Kationen-Ströme antagonistisch durch cAMP und cGMP beeinflusst wurden. Daher könnten sie neben Orco potenzielle Ziele der in meinen Experimenten eingesetzten Toxine sein. Langzeitableitungen von unstimulierten WT Sensillen zeigten multiskalige Rhythmen bei der spontanen AP-Aktivität sowohl im Licht-Dunkel-Wechsel als auch im Dauerdunkeln. Vorläufige Ergebnisse mit dem Orco-Antagonist OLC15 deuten darauf hin, dass die circadiane Komponente der Spontanaktivitäts-Rhythmen scheinbar von der zyklischen Nukleotid-gesteuerten Modulation von Orco abhängt. cAMP- und cGMP- Analoga beeinflussten die spontane AP-Aktivität der ORNs Proteinkinase C- und Tageszeitabhängig. In zukünftigen Experimenten sollte untersucht werden, ob Orco dafür obligatorisch ist.