dc.contributor.author
Billig, Gwendolyn
dc.date.accessioned
2018-06-07T21:36:40Z
dc.date.available
2012-03-13T09:05:41.795Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/8174
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-12373
dc.description.abstract
Calcium-activated chloride currents have been described in a plethora of
physiological processes including sensory transduction. In olfaction, calcium-
activated chloride channels (CaCCs) are thought to play a crucial role as
amplifiers of the olfactory signal. Binding of odorants to olfactory sensory
neurons (OSNs) generates a primary transduction current that is mediated by
cyclic nucleotide-gated (CNG) channels. The concomitant calcium influx then
activates CaCCs that may account for up to 90 percent of the total receptor
current. However, the unknown molecular identity of the underlying channel has
precluded direct functional testing. Recently, Ano1 (Anoctamin-1, Tmem16a) has
been cloned as the first bona fide CaCC with physiological functions in fluid
secretion and smooth muscle contraction. Ano2 (Anoctamin 2, Tmem16b) is its
closest homolog and likewise gives rise to Calcium-activated chloride
currents. A physiological role of Ano2, though, has not been explored yet. We
investigated the function of Ano2 in mice and identified Ano2 as the CaCC of
the olfactory transduction cascade. Expression of Ano2 was restricted to
neuronal tissues with highest levels in the two sensory systems of smell and
vision and low expression in several brain regions. In the olfactory system,
the Ano2 channel localized to sensory cilia of olfactory neurons in the main
olfactory epithelium (MOE) and to microvilli of sensory neurons in the
vomeronasal organ (VNO). In the VNO, as in the retina, Ano2 co-localized with
the related CaCC Ano1 which otherwise was mainly detected in apical membranes
of glandular cells, consistent with its function in epithelial secretion.
Disruption of Ano2 in mice abolished calcium-activated chloride currents in
the MOE and the VNO. Surprisingly, the loss of CaCC activity from OSNs only
moderately affected the receptor potential in electro-olfactogram (EOG)
recordings. Odor responses were reduced by roughly 40 percent in the fluid-
phase configuration, while in air-phase EOGs we could not detect any changes.
Neuronal input activity to the olfactory bulb and convergence of OSN axons to
the olfactory glomeruli, where Ano2 is also located, were unchanged.
Consistently, Ano2 knock-out mice showed normal olfaction-guided behaviors and
did perform undistinguishable from their littermates in olfactory behavioral
tasks. Neither olfactory discrimination ability nor odor sensitivity was
affected. Our results show that CNG channels do not need a boost by CaCC to
achieve near-physiological levels of olfaction. We conclude that in contrast
to the prevailing view, calcium-activated chloride currents are dispensable
for olfactory signaling.
de
dc.description.abstract
Calcium-aktivierte Chloridströme sind an vielen physiologischen Prozessen
beteiligt und wurden unter anderem in der Signaltransduktion sensorischer
Systeme beschrieben. Besonders im Riechprozess wird ihnen eine essentielle
Rolle als Verstärker des Geruchssignals zugeschrieben. Die Bindung von
Geruchsstoffen an Riechneurone führt zur Aktivierung eines cAMP-kontrollierten
Kationenkanals, der einen primären Transduktionsstrom vermittelt und unter
anderem zu Calcium-Einstrom führt. Calcium wiederum aktiviert einen calcium-
aktivierten Chloridkanal, von dem angenommen wird, dass er etwa 90 Prozent des
gesamten Rezeptorstroms ausmacht. Da man die molekulare Identität dieses
Kanals nicht kennt, konnte der Mechanismus bisher nicht funktionell überprüft
werden. Kürzlich wurde Ano1 (Anoctamin-1, Tmem16a) als erster calcium-
aktivierter Chloridkanal kloniert und konnte als essentielle Komponente der
Flüssigkeitssekretion in Epithelien und der Kontraktion glatter Muskulatur
identifiziert werden. Ano2 (Anoctamin-2, Tmem16b) ist ein eng verwandtes
Homolog von Ano1 und vermittelt ebenfalls calcium-aktivierte Chloridströme.
Seine physiologische Funktion wurde jedoch bisher nicht untersucht. In dieser
Arbeit wurde die Expression und Funktion von Ano2 in Mäusen charakterisiert
und Ano2 als der calcium-aktivierte Chloridkanal des Riechens identifiziert.
Das Ano2-Protein konnte in den sensorischen Systemen des Riechens und Sehens
sowie in geringen Mengen in spezifischen Gehirnregionen nachgewiesen werden.
Im olfaktorischen System wurde der Ano2-Kanal in sensorischen Zilien der
Riechneuronen und in sensorischen Mikrovilli des Vomeronasalorgans
lokalisiert. Ausschließlich im Vomeronasalorgan und in der Retina
kolokalisierte Ano2 mit dem verwandten Ano1-Kanal. Dieser war in der Nase
außerdem prominent in Drüsenzellen exprimiert. In Ano2 Knockout-Mäusen konnten
im Riechepithel und im VNO keine calcium-aktivierten Chloridströme mehr
nachgewiesen werden. Überraschenderweise führte der Verlust dieser Ströme nur
zu einer moderaten Beeinträchtigung des Rezeptorpotentials in
Elektroolfaktogramm (EOG)-Messungen. In der Flüssigphasen-Konfiguration des
EOGs waren die Geruchsantworten um etwa 40 Prozent reduziert, während in der
Luftphasen-Konfiguration kein Unterschied erkennbar war. Neuronale Input-
Aktivität zum olfaktorischen Bulbus sowie die Konvergenz von Riechneuronen auf
olfaktorische Glomeruli waren unverändert. In Übereinstimmung dazu zeigten
Ano2 Knockout-Mäuse keine Störungen des geruchsgesteuerten Verhaltens und
schnitten in olfaktometrischen Tests normal ab. Weder die Fähigkeit zur
Unterscheidung von Gerüchen noch die Detektionsgrenze für Geruchstoffe waren
hier beeinträchtigt. Unsere Ergebnisse zeigen, dass der primäre Rezeptorstrom
durch cAMP-gesteuerte Kanäle keine Verstärkung durch calcium-aktivierte
Chloridkanäle benötigt, um eine fast-physiologische Funktion des Geruchssinnes
zu gewährleisten. Wir schlussfolgern, dass calcium-aktivierte Chloridströme
für die olfaktorische Signalverarbeitung entbehrlich sind.
de
dc.format.extent
X, 109 S.
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
signal transduction
dc.subject
olfactory system
dc.subject
vomeronasal organ
dc.subject.ddc
500 Naturwissenschaften und Mathematik
dc.subject.ddc
500 Naturwissenschaften und Mathematik::570 Biowissenschaften; Biologie
dc.title
Functional characterization of the Ca2+ activated Cl− channel Ano2 in the
olfactory system
dc.contributor.firstReferee
Prof. Dr. Dr. Thomas J. Jentsch
dc.contributor.furtherReferee
Prof. Dr. Volker Haucke
dc.date.accepted
2012-02-10
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000036354-3
dc.title.translated
Funktionelle Charakterisierung des Calcium-aktivierten Chloridkanals Ano2 im
olfaktorischen System
de
refubium.affiliation
Biologie, Chemie, Pharmazie
de
refubium.mycore.fudocsId
FUDISS_thesis_000000036354
refubium.mycore.derivateId
FUDISS_derivate_000000010771
dcterms.accessRights.dnb
free
dcterms.accessRights.openaire
open access