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Die trigeminale Modulation der olfaktorischen Rezeption

Daiber, Philipp

English Title: The trigeminal modulation of olfactory reception

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Abstract

Trigeminale Modulation olfaktorischer Perzeption bezeichnet die Veränderung der Geruchswahrnehmung durch trigeminale Stimuli. So können durch Präexposition gegenüber AIC, einem Duftstoff mit stark stechend/brennendem Eindruck, Geruchsschwellen gegenüber rein olfaktorischen Gerüchen und olfaktorisch/trigeminalen Gerüchen gesenkt werden. Die molekularen Mechanismen dieser Modulation sind bis heute noch weitgehend unbekannt. Um diese molekularen Mechanismen besser zu verstehen, wurde zum einen die peptiderge, trigeminale Innervation des OE untersucht, da die enthaltenen Neuropeptide Substanz P und CGRP auf einen möglichen Modulationsmechanismus deuten. Zusätzlich wurde untersucht, ob olfaktorische Rezeptorneurone (ORNs) die Komponenten der Rezeptoren trigeminaler Neuropeptide exprimieren. Dies konnte sowohl auf mRNA-Ebene über in situ-Hybridisierungen als auch auf Protein-Ebene über immunhistochemische Färbungen gezeigt werden. Zusätzlich konnte festgestellt werden, dass auch verschiedene Zelltypen im olfaktorischen Bulbus diese Rezeptoren exprimieren. Die funktionelle Charakterisierung der Wirkung der beiden Neuropetide auf ORNs mittels submerged EOG zeigte, dass die beiden Peptide höchst unterschiedliche Wirkungen zeigen. CGRP allein wirkt exzitatorisch auf ORNs, diese Exzitation ist cAMP-basiert, als Bestandteil einer Mischung wirkt es inhibierend. Substanz P allein zeigte keinen charakteristischen E ekt, hat jedoch einen transienten exzitatorischen E ekt auf die Duftsto rezeption. Um den Anteil der trigeminalen Modulation in einem physiologischen Kontext zu zeigen, wurden drei Duftstoff e mit verschiedenen trigeminalen Potenzen über Dosis-Wirkungskurven mittels air-phase EOG charakterisiert. Duftstoff e mit trigeminaler Potenz zeigten verminderte Sättigung der Duftsto antwort sowie untypische EOG-Kurven. Das bedeutet, dass die trigeminale Modulation auf der Ebene des OE beginnt und ORN-basiert sein muss. Diese Modulation wird über trigeminale Neuropeptide bewirkt, die höchst unterschiedliche Wirkung haben. Zusätzlich scheint dieser Modulationsmechanismus auch für den Menschen relevant zu sein, da die RNA der trigeminalen Rezeptoren auch in Biopsien menschlichen Gewebes gefunden wurde. Weiterhin stellt die trigeminale Modulation auch einen wichtigen Mechanismus für Migränepatienten dar, da auch der olfaktorische Bulbus trigeminal innerviert ist und durch die Auschüttung von CGRP im Zuge der trigeminalen Modulation zum Auslösen von Migräneattacken beitragen könnte.

Translation of abstract (English)

The trigeminal modulation of olfactory perception means the alteration of odor perception by trigeminal stimuli. By pre-exposition to allyl isothiocyanate (an odorant with pungent properties)for example, odor thresholds of purely olfactory or olfactory/trigeminal stimuli can be significantly lowered. The molecular basis and mechanisms of this modulation remain unknown so far. To better understand its molecular mechanisms, I performed stainings against two marker peptides (substance P and CGRP) of trigeminal peptidergic nerve fibres in the olfactory epithelium (OE), as these two petides can be released into the surrounding epithelium and might be involved in the modulation. Furthermore, I examined whether olfactory receptor neurons (ORNs) express the receptor proteins for trigeminal neuropeptides, and was able to confirm expression on the level of mRNA and protein (via in situ-hybridizations and immunhistochemistry). Also several cell types in the olfactory bulb (OB) expressed the receptor RNA. The functional characterization of the e ects of trigeminal neuropeptides on ORNs using the submerged EOG technique, revealed distinct eff ects for each peptide. CGRP had an excitatory e ect on ORNs, which seemed to be cAMP based, on its own. When applied as part of a mixture, CGRP had an inhibitory eff ect on odor reception. Substance P showed no characteristic e ffect on its own, but had a transient, excitatory e ffect on odor reception. To estimate the amount of trigeminal modulation on odor reception in a physiological context, I used odorants with di fferent trigeminal potency to perform dose-response curves using the air-phase EOG technique. Odorants with trigeminal potency showed reduced saturation and atypical EOG-curves. This means, that trigeminal modulation starts at the level of the epithelium and has to be ORN-based. The modulation seems to be mediated by the reception of trigeminal neuropeptides by ORNs. The trigeminal neuropeptides show distinct eff ects. Further, this modulation also seems to be relevant for humans, as receptor expression was found in biopsies of human OE. This modulation process might prove critical for migraine suff erers, as the OB is also innervated by the trigeminal nerve and secretion of CGRP due to trigeminal stimulation might trigger migraine attacks.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Frings, Prof. Dr. Stephan
Date of thesis defense: 24 February 2012
Date Deposited: 08 Mar 2012 13:58
Date: 2011
Faculties / Institutes: Service facilities > Centre for Organismal Studies Heidelberg (COS)
Subjects: 570 Life sciences
Uncontrolled Keywords: trigeminal , olfaktorisch , CGRP , SP , Modulationtrigeminal , olfactory , CGRP , SP , modulation
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