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Stroh-Vasenev, Olga (2012): Kalziumdynamik in Körnerzellen des Bulbus olfactorius der Maus. Dissertation, LMU München: Faculty of Medicine
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Abstract

Der häufigste neuronale Verbindungstyp im Riechkolben (Bulbus olfactorius) der Säuger ist die reziproke dendrodendritische Synapse zwischen den glutamatergen Mitralzellen (den Prinzipalneuronen des Bulbus) und den GABAergen Körnerzellen. Die dendritische Kalziumdynamik der axonlosen Körnerzellen ist aufgrund ihrer dendritischen Freisetzung von besonderem Interesse und zeichnet sich durch einen ungewöhnlich langsamen Verlauf aus. Zwei mögliche Ursachen dafür stehen im Zentrum dieser Dissertation: (1) Der unspezifische Kationenstrom ICAN, der in Körnerzellen nach synaptisch evozierten Aktionspotenzialen beobachtet wird, und (2) die endogene Kalziumdynamik der Körnerzellen. Diese Phänomene wurden mittels Zwei-Photonen-Laser-Scan-Mikroskopie und simultaner Einzelzellableitung in akuten Hirnschnitten von adulten Mäusen untersucht. In dieser Arbeit wurde die molekulare Identität von ICAN als Kombination aus TRPC1 und TRPC4 (transient receptor potential classic) vermittels Tieren mit Deletionen der entsprechenden Gene aufgeklärt (Kollaboration mit Prof. Marc Freichel, Homburg). Im Vergleich zum Wildtyp fehlten in der TRPC1/4 Doppeldeletion ICAN und der assoziierte langsame Ca2+-Einstrom. Damit wurde erstmals eine synaptische Funktion von TRPC-Kanälen im Bulbus nachgewiesen. Weiterhin wurde ein bislang unbekannter Aktivierungsweg von TRPC-Kanälen entdeckt, nämlich über NMDA-Rezeptoren. Bezüglich der endogenen Kalziumdynamik wurde festgestellt, dass nicht etwa eine große Pufferkapazität dem langsamen Abbau von Ca2+-Signalen zugrunde liegt, sondern vielmehr eine geringe Extrusionsrate. Damit sind beide Mechanismen – TRPC-Kanäle und endogene Kalziumdynamik – für den langsamen Verlauf von Ca2+-Transienten in Körnerzellen mitverantwortlich.

Abstract

The reciprocal dendrodendritic synapse between the principal glutamatergic mitral cells and the axonless GABAergic granule cells is the most abundant type of neuronal connection in the mammalian olfactory bulb. Because of the dendritic release the dendritic calcium dynamics of granule cells is of particular interest; it is characterized by a remarkably slow time course. This thesis centers on two possible mechanisms for the slow dynamics: (1) the non-specific cation current ICAN that is activated in granule cells upon suprathreshold synaptic input and (2) the endogenous Ca2+ dynamics of granule cells. Here, the molecular identity of ICAN was revealed as a combination of TRPC1- and TRPC4-channels (transient receptor potential, classic), using two-photon laser scan microscopy and simultaneous whole cell recordings. ICAN and the associated slow Ca2+ entry were missing from the double deletion compared to wild type (cooperation with Prof. Marc Freichel, Homburg), demonstrating for the first time an involvement of TRPC channels in synaptic processing in the olfactory bulb. Moreover, a hitherto unknown pathway of TRPC activation was discovered – via NMDA receptors. With respect to the endogenous Ca2+ buffering, it was shown that slow extrusion is responsible for the slow decay of Ca2+- signals, not an unusually high buffer capacity. Thus both mechanisms, TRPC channels and endogenous Ca2+ dynamics, contribute to the slow time course of granule cell Ca2+ signals.