Detection and functional analysis of Ca2+ microdomains and BK channels in olfactory receptor neurons of larval Xenopus laevis

Abstract

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.