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Lehrstuhl für Zellphysiologie
Prof. Dr. Dr. Dr. habil. Hanns Hatt
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| RUB » Lehrstuhl
für Zellphysiologie » Projekte |
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Gerichteter Transport und Internalisierung von
Riechrezeptorproteinen |
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Über die Modulation der Geruchswahrnehmung durch Regulation der
Riechrezeptorproteine ist bisher nur wenig bekannt. Es lässt sich aber
vermuten, dass auch Anpassungsprozesse auf der Ebene der Geruchsrezeptoren
zu plastischen Veränderungen, vor allem in der Empfindlichkeit und der Dauer
der Wahrnehmung bestimmter Duftstoffe in Riechneuronen, von entscheidender
Bedeutung sind. Für andere Membranrezeptoren, die durch chemische Substanzen
aktiviert werden, wie z.B. metabotrope Neurotransmitterrezeptoren oder
Liganden-aktivierte Ionenkanäle, ist bereits in einer Reihe von
wissenschaftlichen Arbeiten gezeigt worden, dass bei einer Form der
kurzfristigen Plastizität, wie es die Adaptation an einen Reizstoff
darstellt, Phosphorylierungsprozesse des Rezeptorproteins wichtig sind.
Dadurch werden die Sensoren von ihren nachgeschalteten Signalwegen
entkoppelt oder der Ionenkanal in seiner Empfindlichkeit verändert.
Langzeitplastizität wird dagegen meist durch die Regulation der
Internalisierung und des Recyclings von Rezeptoren von und zur Plasmamembran
erreicht, in einer Reihe von Zellen allerdings auch durch eine
Proteinneusynthese der Rezeptoren bzw. deren Untereinheiten. Trotz der
großen Zahl von Publikationen über olfaktorische Adaptationsprozesse gibt es
bisher keine wissenschaftlichen Daten, was mit dem Riechrezeptorprotein nach
der Aktivierung durch das Duftstoffmolekül passiert. Erste Hinweise aus
Experimenten aus unserem eigenen Labor sprechen dafür, dass der
Geruchsrezeptor mitsamt dem noch daran gebundenen Duftmolekül nach
Aktivierung des Signalweges aus der Membran entfernt, in intrazelluläre
Vesikel eingebaut und durch Recyclingprozesse später wieder zur Zellmembran
im funktionsfähigen Zustand zurück transportiert und dort eingebaut wird.
Ziel der Arbeiten in diesem Projektbereich am Lehrstuhl ist es, die
Internalisierungs- und Recycling-Vorgänge Life und in Echtzeit zu verfolgen.
Hierzu ist es notwendig, entweder Fluoreszenz-markierte Rezeptorproteine zu
konstruieren oder einen entsprechend markierten Liganden zu benutzen.
Anschließend können mit dem zur Verfügung stehenden hoch auflösenden
konfokalen Life-Cell-Imaging-Mikroskop an intakten Riechzellen die
Rezeptorproteine im Verlauf des Recyclingprozesses verfolgt werden. Darüber
hinaus werden Bioluminiszenztechniken eingesetzt, um die Interaktionspartner
der Rezeptoren und die Abhängigkeit der Protein-Protein-Interaktionen von
Phosphorylierungsvorgängen oder anderen biochemischen Prozessen
nachzuweisen. Mithilfe von pharmakologischen Ansätzen kann durch Einsatz von
Aktivatoren oder Inhibitoren der Phosphorylierungsvorgänge oder des
Recyclingprozesses dann die Bedeutung dieser Mechanismen für die
physiologische Riechzellantwort auf einen Duftstoff hin untersucht werden.
Vor allem die Verstellung der Empfindlichkeit der Riechzellneurone durch
solche Prozesse, aber auch ein Einfluss auf die Dauer der Wirkzeiten von
Duftstoffen wären von großem wirtschaftlichen Interesse. Sowohl höhere
Sensitivität des Systems, als auch längere Wirksamkeit von Duftstoffen in
der Nase würden die Konzentrationen der eingesetzten Substanzen in Artikeln
aus dem Bereich der Parfums oder der Wasch- und Reinigungsmittel reduzieren
und damit eine erheblich Kostenersparnis bringen.
Hierzu können auch die bestehenden Kooperationen mit Kollegen aus der
Proteom-Analytik beitragen. Zur Zeit arbeiten wir an einem experimentellen
Aufbau, der es erlaubt, Mäuse unter definierten Duftstoffkonzentrationen für
eine frei wählbare Expositionszeit zu halten. Dabei können Zeiten von
mehrmals täglich nur wenige Minuten Dufteinsatz bis zu einer 24 Stunden
Dauerbeduftung gewählt werden. Die anschließende vergleichende Analyse der
Membranproteine (möglichst quantitativ) in den Riechsinneszellen der Mäuse,
die unter verschiedenen Bedingungen dem Duft ausgesetzt waren, wird helfen,
die Frage zu klären, ob Rezeptoren und Signalkaskadenproteine abhängig vom
Duftreizmuster in unterschiedlichen Mengen auftreten oder gar neue, bisher
nicht beschriebene Komponenten hinzukommen.
| Internalisierung und Recycling von Riechrezeptoren
nach Duftstimulation |
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