Identification of TRPV1- and TRPM8-independent novel molecular sensors for high and low temperature.
Final Report Abstract
Die Fähigkeit von Säugetieren, Änderungen der Umgebungstemperatur zu detektieren und darauf adäquat zu reagieren, ist überlebensnotwendig. Beispielsweise im Rahmen chronischer Schmerzsyndrome kann es zu diversen Störungen des Temperaturempfindens kommen, welche häufig mit einer erheblichen Einschränkung der Lebensqualität einhergehen. Die zugrunde liegenden pathophysiologischen Mechanismen sind unvollständig verstanden, so dass ein tieferes Verständnis der physiologischen Temperaturwahrnehmung auch neue Einsichten in die Ätiologie maladaptiver Prozesse liefern könnte. Temperatur-sensitive primär afferente Neurone sind mit spezifischen Sensorproteinen ausgestattet, die Temperaturänderungen in neuronale Aktivität übersetzen. Frühere Studien etablierten, dass die Ionenkanäle TRPV1 und TRPM8 extrem heiße (> 50°C) bzw. kühle (10-30°C) Temperaturen in vivo detektieren. Andere Temperaturen werden jedoch durch noch unbekannte Temperatursensoren detektiert. Neuere Daten deuten darauf hin, dass TRPV1 positive Neurone solche molekularen Wärmesensoren exprimieren, während TRPM8 Neurone möglicherweise noch unbekannte Kältesensoren nutzen. Hauptziel meines Projektes war die Identifizierung neuer Wärmesensoren in TRPV1 Neuronen. Da diese Zellpopulation solche Proteine wahrscheinlich spezifisch exprimiert, führte ich eine vergleichende genomweite Transkriptomanalyse von TRPV1 positiven gegenüber allen sensorischen Neuronen durch, um angereicherte Transkripte in TRPV1 Neuronen zu identifizieren. Es wird allgemein angenommen, dass Temperaturveränderungen durch integrale Transmembranproteine detektiert werden, so dass die Membrantopologie von allen angereicherten Transkripten analysiert wurde. Dies resultierte in einer Liste mit ~50 potentiellen Wärmesensorkandidaten. Zunächst wurden diese Gene aus cDNA des Trigeminalganglions kloniert, um funktionale Untersuchungen zu ermöglichen. In situ Hybridisierungsexperimente validierten die Expression vieler dieser Gene in sensorischen Ganglien und wiesen auf spezifische Expressionsmuster hin. Die Temperatursensitivität der Kandidaten wurde nach heterologer Expression in HEK293-Zellen mittels Kalziumphotometrie getestet, allerdings konnten keine erhöhten Kalziumeinströme nach Wärmestimulation gemessen werden. Danach wurde die Kandidatenliste auf solche Gene eingeengt, die den größtmöglichen Grad an Koexpression mit TRPV1 zeigten. Die Temperatursensitivität dieser Kandidaten wurde durch elektrophysiologische Ganzzellableitungen genauer untersucht. Erstaunlicherweise vermittelte ein Genprodukt, Steap3, deutliche Wärmeinduzierte Einwärtsströme. Steap3-defiziente Mäuse sollen zukünftig auf eine veränderte Temperaturwahrnehmung hin untersucht werden. Analog wurde begonnen, die Expression neuer Kältesensoren in TRPM8 positiven Neuronen zu prüfen. Zusammenfassend liefert dieses Projekt neue Einblicke in das Transkriptom TRPV1 positiver primär sensorischer Neurone und schlägt Steap3 als neuen potentiellen Wärmesensor vor. Diese Resultate vertiefen unser Verständnis des thermozeptiven Systems und könnten sich als nützlich erweisen, um die Ätiologie maladaptiver Thermozeption zu entschlüsseln.
