Detection and functional analysis of Ca2+ microdomains and BK channels in olfactory receptor neurons of larval Xenopus laevis
Detektion und funktionelle Analyse von Ca2+-Mikrodomänen und BK-Kanälen in olfaktorischen Rezeptorzellen der Xenopus laevis Larve
by Guobin Bao
Date of Examination:2010-11-01
Date of issue:2011-09-21
Advisor:Dr. André Zeug
Referee:Prof. Dr. Detlev Schild
Referee:Prof. Dr. Michael Müller
Referee:Prof. Dr. Fred Wolf
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Format:PDF
Description:Dissertation
Abstract
English
Olfactory receptor neurons (ORNs) sense odors through the interaction of odorants with their receptors, accomplishing the first step of olfactory signaling via the generation of action potentials (APs). It is well known that BK channels and voltage-gated Ca2+ channels (VGCCs) are involved in the fine tuning of APs in many neurons, however, due to the low expression levels of both channels in ORNs, it is still unknown whether they remain functioning. In the current study, a co-localization of BK channels and voltage-dependent Ca2+ microdomains is observed on the surface of ORNs of Xenopus laevis, and the functional Ca2+ microdomains may comprise mainly the VGCC clusters rather than single Ca2+ channels. Moreover, the distance between BK channels and VGCCs is also estimated by using various Ca2+ buffers, and the estimate is around 50 to 200 nm but no less than 30 nm. Besides, blocking BK channels with Iberiotoxin (IbTx) or chelating Ca2+ ions by BAPTA results in a significant increase in the decay time of AP falling phases, and IbTx also decreases the firing rates of ORNs in response to odorant stimuli. Taken together, the current findings demonstrate that despite the low expression level, by forming functional Ca2+ microdomains, BK channels and VGCCs achieve a key function in olfactory signaling, shaping the APs and facilitating the firing rates.
Keywords: Olfactory receptor neuron; ORN; Ca2+ microdomain; BK channel; Xenopus laevis
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Olfaktorische Rezeptorneurone (ORNs) nehmen Gerüche durch die Interaktion von Geruchsstoffen mit ihren Rezeptoren wahr und führen über die Generierung von Aktionspotentialen (APs) den ersten Schritt der olfaktorischen Signaltransduktion aus. Es ist bekannt, dass BK-Kanäle und spannungsabhängige Ca2+-Kanäle (VGCCs) an der Feinabstimmung von APs in vielen Neuronen beteiligt sind. Aufgrund der geringen Expression der beiden Kanäle in ORNs ist es jedoch nicht bekannt, ob sie in diesen Zellen von funktioneller Bedeutung sind. In der aktuellen Studie wird eine Kolokalisierung von BK-Kanälen und spannungsabhängigen Ca2+-Mikrodomänen auf der Oberfläche der ORNs von Xenopus laevis beobachtet. Die funktionellen Ca2+-Mikrodomänen können vor allem Cluster von VGCC statt einzelner Ca2+-Kanäle umfassen. Darüber hinaus wird der Abstand zwischen den BK-Kanälen und den VGCCs durch den Einsatz verschiedener Ca2+-Puffer auf ungefähr 50 bis 200 nm, jedoch nicht geringer als 30 nm geschätzt. Außerdem führt das Blockieren von BK-Kanälen mit Iberiotoxin (IbTx) oder das Chelatisieren von Ca2+-Ionen durch BAPTA zu einer signifikanten Zunahme der Abklingzeit für die Repolarisation von APs. Die Feuerrate von ORNs als Antwort auf eine Stimulation durch Geruchsstoffe wird auch durch IbTx gesenkt. Zusammengenommen zeigen die hier präsentierten Ergebnisse, dass trotz des geringen Expressionslevels BK-Kanäle und VGCCs durch die Bildung von funktionalen Ca2+-Mikrodomänen eine Schlüsselfunktion in der olfaktorischen Signalweiterleitung einnehmen, indem sie die Form von APs definieren und hohe Feuerraten ermöglichen.
Schlagwörter: Olfaktorische Rezeptorneuron; ORN; Ca2+-Mikrodomäne; BK-Kanal; Xenopus laevis