Please use this identifier to cite or link to this item: doi:10.22028/D291-30143
Title: Trpm4 and Trpm5 in the murine olfactory system
Author(s): Eckstein, Eugenia
Language: English
Year of Publication: 2019
Place of publication: Homburg/Saar
DDC notations: 500 Science
570 Life sciences, biology
610 Medicine and health
Publikation type: Doctoral Thesis
Abstract: The olfactory system allows the evaluation of critical environmental situations and the adaptation to different environmental conditions through a variety of behavioral responses. Several members of the Trp- (transient receptor potential) family were reported to play a crucial role in the function of the main and accessory olfactory system. This study concentrates on the expression and possible function of the Ca2+-activated monovalent cation channels Trpm4 and Trpm5 in the olfactory system. Both channels play a major role in taste chemo-transduction, but their precise role in the olfactory system is not yet clear or even unknown. Here, I used a novel generation of τGFP reporter mouse lines, Trpm5-IC/eR26-τGFP and Trpm4-IC/τGFP, in combination with Trpm4 and Trpm5 antibodies to map channel expression in different olfactory tissues. Furthermore, I employed molecular techniques such as RT-PCR and quantitative real-time PCR to identify Trpm5 splice variants and to assess Trpm4 and Trpm5 expression levels during development of the olfactory system. Additionally, I addressed gender-specific differences in Trpm4 expression in male and female mice and the sex-hormone regulated expression of Trpm4 following surgical gonadectomy in combination with hormone treatments. I discovered that besides the previously described Trpc2, Trpm4 is also expressed in vomeronasal sensory neurons (VSNs). Contrasting the expression of Trpc2, Trpm4 is sexually dimorphic and is estrous cycle dependent. In detail, Trpm4 expression in VSNs is high during receptive periods (proestrus, estrus), and low during non-ovulatory/-receptive phases (metestrus, diestrus/ pregnancy). Trpm4 expression is regulated by gonadal hormones, as surgical gonadectomy performed on male and female mice leads to a loss of Trpm4 signal in VSNs. However, Trpm4 expression can be restored by systemic treatment with 17β-estradiol and is maintained by endogenous aromatase activity in gonadal-intact mice. This study furthermore shows that the classical Trpm5 channel, known from taste receptor cells, is exclusively expressed in microvillar cells of the main olfactory epithelium (MOE) but not in adult olfactory sensory neurons (OSNs) which contain a novel short and likely non-functional splice variant. However, the classical Trpm5 is transiently expressed in a subpopulation of early-mature OSNs in the embryonic MOE. Summarizing, the spatial segregation of Trpm4 and Trpm5 in the olfactory system reveals that these channels play different roles and are not functionally interchangeable. This study suggests a differential role for Trpm4 in VSN signal processing during sexually receptive and non-receptive phases and a functional role of Trpm5 in OSNs during embryonic development. Concluding, this work provides a critical platform for understanding the role of Trp channels in the olfactory system.
Das olfaktorische System ermöglicht die Erfassung kritischer Umweltsituationen und die Anpassung an unterschiedliche Umgebungsbedingungen durch eine Vielzahl von Verhaltensreaktionen. Mehrere Mitglieder der Trp- (Transient-Rezeptor-Potential) Familie spielen eine entscheidende Rolle in der Funktion des Haupt- und akzessorischen olfaktorischen Systems. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Expression und der möglichen Funktion der Ca2+ aktivierten monovalenten Kationenkanäle Trpm4 und Trpm5 im olfaktorischen System. Beide Kanäle spielen eine wichtige Rolle bei der Geschmacks-Chemotransduktion, jedoch ist ihre genaue Rolle im olfaktorischen System noch nicht klar oder gar unbekannt. Im Rahmen dieser Arbeit habe ich eine neue Generation von GFP-Reporter-Mauslinien, Trpm5-IC/eR26-τGFP und Trpm4-IC/τGFP, in Kombination mit Trpm4- und Trpm5-Antikörpern verwendet, um die Kanalexpression in verschiedenen olfaktorischen Geweben zu untersuchen. Darüber hinaus habe ich molekularbiologische Techniken wie die RT-PCR und die quantitative Echtzeit-PCR eingesetzt, um Trpm5-Spleißvarianten zu identifizieren und um die Expressionsniveaus von Trpm4 und Trpm5 während der Entwicklung des olfaktorischen Systems zu ermitteln. Zusätzlich untersuchte ich geschlechtsspezifische Unterschiede in der Expression von Trpm4 in männlichen und weiblichen Mäusen und die Regulation der Trpm4-Expression über Geschlechtshormone durch chirurgische Gonadektomie in Kombination mit Hormonbehandlungen. Ich habe festgestellt, dass Trpm4, neben dem zuvor beschriebenen Trpc2, auch in vomeronasalen sensorischen Neuronen (VSNs) exprimiert ist. Im Gegensatz zur Expression von Trpc2 ist die Expression von Trpm4 sexuell dimorph und ist abhängig vom Östruszyklus. Im Detail ist die Expression von Trpm4 in VSNs während der rezeptiven Perioden (Proöstrus, Östrus) erhöht und während der nicht-ovulatorischen/ -rezeptiven Phasen (Metöstrus, Diöstrus/ Schwangerschaft) erniedrigt. Die Trpm4-Expression wird durch Gonadenhormone reguliert und eine chirurgische Gonadektomie bei männlichen und weiblichen Mäusen resultiert in dem Verlust des Trpm4-Signals in VSNs. Allerdings kann die Trpm4-Expression durch eine systemische Behandlung mit 17β-Estradiol wiederhergestellt werden und wird durch die endogene Aromatase-Aktivität bei gonadal-intakten Mäusen aufrechterhalten. Die vorliegende Arbeit zeigt zudem, dass der klassische Trpm5-Kanal, bekannt aus den Geschmacksrezeptorzellen, ausschließlich in Mikrovillarzellen des olfaktorischen Hauptepithels (MOE) exprimiert wird, aber nicht in adulten olfaktorischen sensorischen Neuronen (OSNs), die eine neuartige kurze und wahrscheinlich nicht-funktionale Spleißvariante enthalten. Der klassische Trpm5 Kanal wird jedoch transient in einer Subpopulation von frühreifen OSNs im embryonalen MOE exprimiert. Zusammenfassend zeigt die räumliche Trennung der Expression von Trpm4 und Trpm5 im olfaktorischen System, dass diese Kanäle unterschiedliche Rollen übernehmen und funktionell nicht miteinander austauschbar sind. Die vorliegende Arbeit weist auf eine differenzierte Rolle von Trpm4 in der VSN-Signalverarbeitung während sexuell rezeptiver und nicht-rezeptiver Phasen und eine funktionelle Rolle von Trpm5 in OSNs während der embryonalen Entwicklung hin. Abschließend stellt diese Arbeit eine wertvolle Plattform zum Verständnis der Rolle der Trp-Kanäle im olfaktorischen System dar.
Link to this record: urn:nbn:de:bsz:291--ds-301430
hdl:20.500.11880/28592
http://dx.doi.org/10.22028/D291-30143
Advisor: Zufall, Frank
Date of oral examination: 7-Jan-2020
Date of registration: 17-Jan-2020
Faculty: M - Medizinische Fakultät
Department: M - Physiologie
Professorship: 
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