Katecholaminerge und adenosinerge cAMP-Signaltransduktion in Astrozyten des olfaktorischen Bulbus der Maus (Mus musculus L.)

Abstract

Die vorliegende Arbeit untersucht astrozytäre cAMP-Signale in der Glomerularschicht des olfaktorischen Bulbus, die durch Noradrenalin (Kapitel 2), Dopamin (Kapitel 3) sowie Adenosin (Kapitel 4) induziert werden. Im olfaktorischen Bulbus und seiner Glomerularschicht findet die erste Integration der Geruchsinformationen in das zentrale Nervensystem statt. cAMP ist ein zentraler sekundärer Botenstoff, der unter anderem Genexpression und synaptische Transmission reguliert. Geeignete Indikatoren zur Untersuchung intrazellulärer cAMP-Konzentrationen fehlten lange Zeit. Flamindo2 ermöglicht nun ihre Visualisierung. Die Wirkung von Noradrenalin wird über drei Rezeptortypen vermittelt: α1-, α2- und β-Rezeptoren. Die Ergebnisse dieser Dissertation zeigen, dass über die Aktivierung der Gs-gekoppelten β-Rezeptoren positive cAMP-Signale induziert wurden. Eine Hemmung der Adenylatzyklasen-Aktivität erfolgte über α2-Rezeptoren, jedoch nur nach vorheriger Aktivierung der Adenylatzyklasen-Aktivität mit Forskolin. Zudem konnten cAMP-Signale auch indirekt über die Aktivierung von α1- und α2- Rezeptoren induziert werden. Die Applikation des α1-Rezeptor-Agonisten Phenylephrin führte zur Aktivierung von α1A- und α1D-Rezeptoren und somit zur intrazellulären Ca2+-Freisetzung aus dem endoplasmatischen Retikulum. Das Ca2+ aktivierte anschließend die Ca2+-sensitiven Adenylatzyklasen 1 und 3 und induzierte so den intrazellulären cAMP-Anstieg. Dopaminerge Rezeptoren unterteilen sich in die D1- und D2-Rezeptorfamilien. Die Aktivierung Gs-gekoppelter D1-Rezeptoren führte zur Stimulation von Adenylatzyklasen und zur Generierung von cAMP-Signalen. Die erwartete Hemmung über die Gi-gekoppelten D2-Rezeptoren konnte jedoch nicht nachgewiesen werden. Adenosin entsteht extrazellulär durch den Abbau von freigesetztem ATP mittels Ektonukleotidasen. Über die Aktivierung von Gs-gekoppelten A2A-Rezeptoren wurden cAMP-Signale induziert, während eine Hemmung über Gi-gekoppelte A1-Rezeptoren nicht beobachtet werden konnte. Zusammenfassend zeigen die Ergebnisse, dass astrozytäre cAMP-Signale im olfaktorischen Bulbus durch verschiedene Transmittersysteme reguliert werden und damit eine zentrale Rolle in der lokalen Signaltransduktion der Glomerularschicht spielen könnten.

This study investigates astrocytic cAMP signals in the glomerular layer of the olfactory bulb that are induced by norepinephrine (Chapter 2), dopamine (Chapter 3), and adenosine (Chapter 4). The initial integration of olfactory information into the central nervous system occurs in the olfactory bulb and its glomerular layer. cAMP is a key second messenger that regulates, among other functions, gene expression and synaptic transmission. Suitable indicators for studying intracellular cAMP concentrations were lacking for a long time. Flamindo2 now enables their visualization. The effects of norepinephrine are mediated via three receptor types: α1-, α2- and β-receptors. The results of this dissertation show that activation of Gs-coupled β-receptors induced positive cAMP signals. Adenylyl cyclase activity was inhibited via α2-receptors, but only after prior activation of adenylyl cyclase activity with forskolin. Furthermore, cAMP signals could also be induced indirectly via activation of α1- and α2-receptors. Application of the α1-agonist phenylephrine led to the activation of α1A- and α1D- receptors and thus to the intracellular release of Ca2+ from the endoplasmic reticulum. The Ca2+ then activated the Ca2+-sensitive adenylyl cyclases 1 and 3 and induced intracellular cAMP increase. Dopaminergic receptors are divided into the D1 and D2 receptor families. Activation of Gs-coupled D1 receptors triggered the stimulation of adenylyl cyclases and thus cAMP signaling. However, the expected inhibition via Gi-coupled D2 receptors could not be demonstrated. Adenosine is produced extracellularly by the degradation of secreted ATP by ectonucleotidases. cAMP signals were induced via activation of Gs-coupled A2A receptors, whereas inhibition via Gi-coupled A1 receptors could not be observed. In summary, the results show that astrocytic cAMP signals in the olfactory bulb are modulated by various transmitter systems and may play a central role in local signal transduction within the glomerular layer.