The role of MAPK p44/42 and MAPK p38 in associative olfactory

Abstract

In this work I described in detail the role of the MAPK p44/42 and MAPK p38 cascades in associative appetitive olfactory learning, as well as in non- associative learning.

Using high specific antibodies against MAPK p44/42, phospho-MAPK p44/42, MAPK p38 and phospho-MAPK p38, I quantified these proteins. The pharmacological inhibition of a MAPK p44/42 activation allowed me not only in vitro but also in vivo manipulation of the MAPK p44/42 cascade. Using both phospho-dependent and phospho-independent antibodies, I localized and determined the MAPK p44/42 activation time window after single and multiple trial training in vivo.

Thus, the increased phosphorylation level of MAPK p44/42 was observed only after multiple forward conditioning. In the antennal lobes, MAPK p44/42 was significantly activated 40 min after training, whereas in the mushroom bodies at 40 and 120 min after training. Neither multiple backward, nor single forward conditioning altered level of MAPK p44/42 phosphorylation. The phosphorylation level of MAPK p38 was not effected by learning.

Immunohistochemical studies demonstrated the presence of MAPK p44/42 in the antennal lobes and mushroom bodies, but also in optical lobes. MAPK p38 was localized in antennal and optical lobes, and staining in mushroom bodies was rather weak.

In a series of experiments with olfactory conditioning combined with inhibition of MAPK p44/42 activation shortly before (30 min) and shortly after (30 min and 2 h) training revealed involvement of MAPK p44/42 in long-term memory formation. Neither habituation nor sensitization were affected by the drug. It was also shown that MAPK p38 does not interfere with olfactory appetitive learning in the honeybee.

The difference in time courses of MAPK p44/42 activation in the antennal lobes and mushroom bodies suggests either a different contribution of MAPK p44 and MAPK p42 isoforms to formation of long-term memory or a different activation of the MAPK cascade by yet unknown signaling pathways.

In dieser Arbeit wurde die Rolle der MAPK-Kaskade im assoziativen appetitiven Lernen sowie im nicht-assoziativen Lernen untersucht. Unter Verwendung von hochspezifischen Antikörpern gegen MAPK p44/42, phospho-MAPK p44/42, MAPK p38 und phospho-MAPK p38 war es möglich, diese Proteine zu quantifizieren. Die pharmakologische Inhibition einer MAPK p44/42 Aktivierung erlaubte mir nicht nur in vitro, sondern auch in vivo Manipulationen der MAPK p44/42 Kaskade. Die Benutzung von sowohl phospho-abh"angigen als auch phospho-unabhängigen Antikörpern gestattete die Lokalisierung und Bestimmung des Zeitfensters der MAPK p44/42 Aktivierung nach einfacher und mehrfacher Konditionierung in vivo.

Auf diese Weise konnte ein erhöhtes Phosphorylations-Niveau von MAPK p44/42 erst nach mehrfacher Vorwärtskonditionierung beobachtet werden. In den Antennalloben wurde MAPK p44/42 40 Minuten nach dem Konditionieren signifikant aktiviert, wohingegen in den Pilzkörpern 40 Minuten und 120 Minuten nach dem Training. Weder mehrfache Rückwärts-, noch einfache Vorwärts-Konditionierung veränderten das Niveau der MAPK p44/42 Phosphorylation. Das Phosphorylations- Niveau der MAPK p38 wurde durch Lernen nicht beeinflusst.

Immunohistochemische Studien belegten die Existenz von phospho-MAPK p44/42 nicht nur in den Antennalloben und Pilzkörpern, sondern auch in den optischen Loben. MAPK p38 wurde in den Antennal- und optischen Loben lokalisiert, die Färbung in den Pilzkörpern war hingegen eher schwach.

Eine Serie von Experimenten mit olfaktorischer Konditionierung zusammen mit einer Inhibition der MAPK p44/42 Aktivierung kurz vor (30 min) und kurz nach (30 min und 2 h) dem Training zeigte die Beteiligung von MAPK p44/42 in der Bildung des Langzeitgedächtnis. Die Droge wirkte sich weder auf Habituation noch auf Sensibilisierung aus. Es wurde außerdem gezeigt, dass MAPK p38 nicht das olfaktorische appetitive Lernen in der Honigbiene beeinträchtigt.

Der Unterschied in den Zeitverläufen der MAPK p44/42 Aktivierung in den Antennalloben und den Pilzkörpern lässt entweder auf einen unterschiedlichen Beitrag der MAPK p44 und MAPK p42 Isoformen zur Bildung des Langzeitgedächtnis schliessen oder weist auf eine andere Aktivierung der MAPK-Kaskade durch bislang unbekannte Signalkaskaden hin.