WS 20072008 Olfaktion Olfaktion Emotionen und Verhalten Erinnerung

WS 2007/2008 Olfaktion

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

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

Olfaktion Duftstoffwahrnehmung Kaupp & Müller, in Deetjen-Speckmann 2004

Olfaktion Duftstoffwahrnehmung Riechschleimhaut Mensch Reh

Olfaktion Geruchsschwellen

Olfaktion Abnahme der Riechleistung

Olfaktion Duftstoffwahrnehmung

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

Olfaktion Riechzellen Stützzellen Basalzellen Säugetiere 5 - 120 Millionen Riechzellen Mensch ca. 10 Millionen Lebenszeit ca. 4 – 8 Wochen ca. 10. 000 Düfte Anholt, R. R (1987) Trends in Biochemical Science 12, 58 ff

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

Olfaktion Duftstoffe erregen Riechzellen Duftstoff Depolarisation

Olfaktion Duftstoff Depolarisation Hyperpolarisation

Olfaktion Olfaktorische Signaltransduktion

Olfaktion Olfaktorische Signaltransduktion Rezeptoren Spezifität Sensitivität Enzymkaskade Elektrische Antwort Ionenkanal

Olfaktion Olfaktorische Signaltransduktion Duftstoff Rezeptor

Olfaktion Olfaktorische Signaltransduktion G Protein: Golf

Olfaktion Olfaktorische Signaltransduktion Adenylat Zyklase

Olfaktion Olfaktorische Signaltransduktion CNG Kanal

Olfaktion Olfaktorische Signaltransduktion Cl- Kanal Verstärkung

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

Olfaktion Olfaktorische Signaltransduktion Ionenverteilung beim Säuger außen Na+ 140 m. M K+ 5 m. M Ca 2+ 2 m. M Mg 2+ 2 m. M Cl 140 m. M innen 3 -30 m. M 140 m. M < 1 µM einige m. M 10 m. M

Olfaktion Olfaktorische Signaltransduktion Hohe [Cl-] im Neuron Verstärkung

Olfaktion Eigenschaften der molekularen Komponenten der Signalkette

Olfaktion Olfaktorische Signaltransduktion I

Signaltransduktion Duftstoffrezeptoren

Olfaktion Es gibt sehr viele unterschiedliche Duftstoffrezeptoren gehören zur Familie der G-Protein gekoppelten Rezeptoren ( Rhodopsin) Im Mausgenom kodieren ca. 1300 Gene für Duftstoffrezeptoren; davon sind ca. 30% Pseudogene. Beim Menschen gibt es ca. 1000 Gene für Duftstoffrezeptoren; davon sind ca. 65% Pseudogene.

Olfaktion Duftstoffrezeptoren Jede Riechzelle exprimiert nur eine Sorte Duftstoffrezeptor Jede Zelle exprimiert nur ein Allel des Gens (allelische Exklusion) 15. 000 - 30. 000 Riechzellen exprimieren das gleiche Allel

Olfaktion

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

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

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

Olfaktion Duftstoffrezeptoren sind nicht sehr spezifisch

Olfaktion Duftstoffrezeptoren sind nicht sehr spezifisch

Olfaktion

Olfaktion Olfaktorische Signaltransduktion I

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

Olfaktion Adenylat Zyklasen

Olfaktion Adenylat Zyklasen

Olfaktion WS 06/07

Olfaktion Olfaktorische Signaltransduktion I

Olfaktion Zyklisch Nukleotid gesteuerte Ionenkanäle CNG A 2 CNG A 4 CNG B 1 b

Olfaktion Zyklisch Nukleotid-gesteuerte Ionenkanäle K 1/2 Zeit Hill-Gleichung: I/Imax = Cn/(Cn + K 1/2 n); K 1/2 = EC 50, n = Hillkoeffizient

Olfaktion Adaptation

Olfaktion Riechzellen adaptieren bei langanhaltender Stimulation

Olfaktion Adaptation hält einige Sekunden an

Olfaktion Ca 2+ ist der Botenstoff der Adaptation

Olfaktion Ca 2+/Calmodulin als Mittler der Adaptation

Olfaktion Die A 2 -Untereinheit besitzt eine Ca. M-Bindestelle

Olfaktion Ca. M macht den CNG-Kanal weniger empfindlich für c. AMP negative Rückkopplung - Adaptation!

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

Olfaktion Olfaktorische Signaltransduktion I ?

Olfaktion Zusammenfassung 1 Riechzellen benutzen eine G-Protein vermittelte Signalkaskade. c. AMP 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 Rezeptorstrom und damit die Aktivität der Riechzelle nach wenigen Sekunden.

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

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

Olfaktion Die „Geruchskarte“

Olfaktion 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.

Olfaktion Aktivitätsmuster

Olfaktion Aktivitätsmuster

Olfaktion 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.