Untersuchungen zur physiologischen Rolle der CNGB1-Untereinheit im Riechprozess anhand einer CNGB1-defizienten Mauslinie

Zyklonukleotid-aktivierte Kationenkanäle (CNG-Kanäle) spielen eine
Schlüsselrolle im Seh- und Riechprozess. Der olfaktorische
CNG-Kanal besteht aus den Untereinheiten CNGA2, CNGA4 und CNGB1b.
Sowohl CNGA4 als auch CNGB1b können in heterologen
Expressionssystemen nur zusammen mit CNGA2 funktionelle Kanäle
bilden. Sie werden auch als modulatorische Untereinheiten
bezeichnet, da sie dem CNG-Kanal charakteristische Eigenschaften
verleihen. In der vorliegenden Arbeit sollte die Rolle von CNGB1b
im Riechprozess anhand einer CNGB1-defizienten Mauslinie
(CNGB1KO-Maus) untersucht werden. CNGB1KO-Mäuse zeigten im
Vergleich zu gleichaltrigen Wildtyp-Mäusen ein deutlich
eingeschränktes Riechvermögen. Dieses äußerte sich in verringertem
Körpergewicht, schlechterem Abschneiden in einem Riechtest und
einem veränderten Elektroolfaktogramm (EOG). EOGs von
CNGB1KO-Mäusen zeigten verglichen mit WT-Mäusen ein verzögertes
Einsetzen, eine verkleinerte Amplitude und eine verlangsamte
Rückbildung der Duftantwort. Als Ursache für die verzögert
einsetzende Reizantwort konnte eine verringerte Sensitivität des
CNG-Kanals gegenüber zyklischen Nukleotiden ausgemacht werden. Die
verkleinerte Amplitude im EOG konnte durch eine verringerte Menge
an Kanalprotein erklärt werden, was einen um Faktor zehn
verminderten CNG-Strom zur Folge hatte. Das verlangsamte Abklingen
der Duftantwort konnte auf ein Fehlen der
Calcium-Calmodulin-abhängigen Inaktivierung des CNG-Stroms
zurückgeführt werden. Eine Interaktion von CNGA2 und CNGA4 in
CNGB1-defizienten Neuronen wurde durch Co-Immunpräzipitation
nachgewiesen. Mittels immunhistochemischer Färbungen wurde gezeigt,
dass CNGA2 und CNGA4 zwar assemblierten, nicht aber in die
Zilienmembran der ORNs transportiert wurden. Vielmehr wurde der
CNGA2/CNGA4-Kanal in subziliären Zellkompartimenten zurückgehalten.
Der Versuch, die Translokation in das Zilium durch Hemmung des
proteolytischen Abbaus der CNG-Untereinheiten zu ermöglichen, war
nicht erfolgreich, was auf eine streng reglementierte
Qualitätskontrolle in olfaktorischen Rezeptorneuronen schließen
ließ. Morphologisch unterschied sich das olfaktorische System von
CNGB1KO-Mäusen verglichen mit dem Wildtyp durch eine Reduktion der
Schichtdicke des olfaktorischen Epithels sowie einen verkleinerten
Bulbus olfactorius. Neurone des Bulbus olfactorius von
CNGB1-defizienten Mäusen waren bezüglich ihrer Duftantwort nicht
von Wildtyp-Neuronen zu unterscheiden. Für die Bedeutung der
CNGB1b-Untereinheit kann festgehalten werden, dass sie dem
olfaktorischen CNG-Kanal charakteristische Eigenschaften wie
erhöhte Empfindlichkeit gegenüber zyklischen Nukleotiden, die
Fähigkeit zur Calcium-Calmodulin-abhängigen Inaktivierung und
kontrolliertes Single Channel Flickering verleiht. Zudem spielt die
CNGB1b-Untereinheit zusammen mit CNGA4 eine essentielle Rolle für
den Transport des CNG-Kanals in die Zilienmembran der ORNs. Darüber
hinaus ist CNGB1b unentbehrlich für eine normale Entwicklung des
olfaktorischen Systems.