Olfaktion. Olfaktion

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1 Olfaktion

2 Emotionen und Verhalten Erinnerung Sozialverhalten Aroma Kontrolle der Nahrung Reviermarkierung Partnerwahl Orientierung in der Umwelt

3 Duftstoffwahrnehmung Axel, R. Spektrum der Wissenschaft, Dezember 1995

4 Duftstoffwahrnehmung Kaupp & Müller, in Deetjen-Speckmann 2004

5 Duftstoffwahrnehmung Riechschleimhaut Mensch Reh

6 Geruchsschwellen

7 Abnahme der Riechleistung

8 Duftstoffwahrnehmung

9 Aufbau des Riechepithels Riechzellen Riechepithel Basalzellen Stützzellen Anholt, R.R (1987) Trends in Biochemical Science 12, 58ff Quelle: Kleene + Gesteland (1981) Brain Res. 229: 536

10 Riechzellen Stützzellen Basalzellen Säugetiere Millionen Riechzellen Mensch ca. 10 Millionen Lebenszeit ca. 4 8 Wochen ca Düfte Anholt, R.R (1987) Trends in Biochemical Science 12, 58ff

11 c = Cilium Aufgabe: Duftstofferkennung; chemoelektrische Signalwandlung d= Dendrit s = Soma Aufgabe: allg. Zellfunktionen, u.a. Proteinbiosynthese a = Axon Aufgabe: Auslösen und Weiterleiten von Aktionspotentialen

12 Duftstoffe erregen Riechzellen Duftstoff Depolarisation

13 Duftstoff Depolarisation Hyperpolarisation

14 Olfaktorische Signaltransduktion

15 Olfaktorische Signaltransduktion Rezeptoren Spezifität Sensitivität Enzymkaskade Elektrische Antwort Ionenkanal

16 Olfaktorische Signaltransduktion Duftstoff Rezeptor

17 Olfaktorische Signaltransduktion G Protein: G olf

18 Olfaktorische Signaltransduktion Adenylat Zyklase

19 Olfaktorische Signaltransduktion CNG Kanal

20 Olfaktorische Signaltransduktion Cl - Kanal Verstärkung

21 Kann die Signalkette durch einen Chlorid-Ausstrom verstärkt werden?

22 Olfaktorische Signaltransduktion Ionenverteilung beim Säuger außen innen Na mm 3-30 mm K + 5 mm 140 mm Ca 2+ 2 mm < 1 µm Mg 2+ 2 mm einige mm Cl mm 10 mm

23 Olfaktorische Signaltransduktion Hohe [Cl - ] im Neuron Verstärkung

24 Eigenschaften der molekularen Komponenten der Signalkette

25 Olfaktorische Signaltransduktion I

26 Signaltransduktion Duftstoffrezeptoren

27 Es gibt sehr viele unterschiedliche Duftstoffrezeptoren Duftstoffrezeptoren gehören zur Familie der G-Protein gekoppelten Rezeptoren ( Rhodopsin) Im Mausgenom kodieren ca Gene für Duftstoffrezeptoren; davon sind ca. 30% Pseudogene. Beim Menschen gibt es ca Gene für Duftstoffrezeptoren; davon sind ca. 65% Pseudogene.

28 Duftstoffrezeptoren Jede Riechzelle exprimiert nur eine Sorte Duftstoffrezeptor Jede Zelle exprimiert nur ein Allel des Gens (allelische Exklusion) Riechzellen exprimieren das gleiche Allel

29

30 DNA Rekombination Deletion Gene Konversion Expressionskassette Transfer Serizawa et al. (2004), Trends in Genet. 20, 648ff

31 Serizawa et al. (2004), Trends in Genet. 20, 648ff

32 Serizawa et al. (2004), Trends in Genet. 20, 648ff

33 Duftstoffrezeptoren sind nicht sehr spezifisch

34 Duftstoffrezeptoren sind nicht sehr spezifisch

35

36 Olfaktorische Signaltransduktion I

37 Olfaktion Adenylat Zyklasen AC = integrales Membranprotein (9 Gene bekannt) AC löslich (1 Gen bekannt)

38 Adenylat Zyklasen

39 Adenylat Zyklasen

40 WS 06/07

41 Olfaktorische Signaltransduktion I

42 Zyklisch Nukleotid gesteuerte Ionenkanäle CNG A2 CNG A4 CNG B1b

43 Zyklisch Nukleotid-gesteuerte Ionenkanäle K 1/2 Zeit Hill-Gleichung: I/I max = C n /(C n + K 1/2n ); K 1/2 = EC50, n = Hillkoeffizient

44 Adaptation

45 Riechzellen adaptieren bei langanhaltender Stimulation

46 Adaptation hält einige Sekunden an

47 Ca 2+ ist der Botenstoff der Adaptation

48 Ca 2+ /Calmodulin als Mittler der Adaptation

49 Die A2-Untereinheit besitzt eine CaM-Bindestelle

50 CaM macht den CNG-Kanal weniger empfindlich für camp negative Rückkopplung - Adaptation!

51 Der CNG-Kanal aus Riechzellen ist optimal an seine Funktion in der Zelle angepasst: - er ist sehr empfindlich für camp, den internen Liganden - er ist stark modulierbar - Phosphorylierung macht ihn empfindlicher für camp (Erhöhung der Sensitivität!) - Calmodulin macht ihn weniger empfindlicher für camp (Erniedrigung der Sensitivität, Adaptation!)

52 Olfaktorische Signaltransduktion I?

53 Zusammenfassung 1 Riechzellen benutzen eine G-Protein vermittelte Signalkaskade. camp ist der Botenstoff der Olfaktion. Rezeptorpotential / Verstärkung: Öffnung von CNG- und Ca 2+ - aktivierten Chloridkanälen. Jede Riechzelle exprimiert nur ein Duftstoffrezeptorgen. Ein Duftstoffrezeptor ist relativ unspezifisch und kann viele Duftstoffe detektieren. Der Duftstoff wird erst durch die Analyse ganzer Zellensembles identifiziert. Ca 2+ -gesteuerte Hemmprozesse beenden den Rezeptorstrom und damit die Aktivität der Riechzelle nach wenigen Sekunden.

54 Weiterleitung der Signale 4000 Glomeruli 10 Millionen Riechzellen Axel, R. Spektrum der Wissenschaft, Dezember 1995

55 Projektion der Neurone zum Bulbus Bleibt die Spezifität bei der Projektion in den Bulbus erhalten?

56 Die Geruchskarte

57 Repräsentation im Bulbus Alle Riechzellen, die auf einen Glomerulus konvergieren, exprimieren den gleichen Duftstoffrezeptor. Es gibt 1-4 (meist 2) Glomeruli für jeden Duftstoffrezeptor in jeder Bulbushälfte.

58 Aktivitätsmuster

59 Aktivitätsmuster

60 Zusammenfassung 2 Die Axone von Riechzellen gleicher Selektivität konvergieren auf die gleichen Glomeruli im Riechkolben. In den Glomeruli wird das olfaktorische Signal auf Mitralzellen übertragen.

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