Andreas Schmalfuss

• Aus vorherigen Veröffentlichungen der Arbeitsgruppe war bekannt, dass der TRPV1 Hitzerezeptor im Vogel sich vom TRPV1 der Säugetiere hinsichtlich der Capsaicinsensitivität und der Regulation der Expression durch NGF unterscheidet. Unterschiede in den Eigenschaften zwischen beiden Hitzerezeptorsubtypen könnten Rückschlüsse auf funktionelle Strukturen des Säugetier TRPV1 erlauben. In der vorliegenden Arbeit war die übergreifende Fragestellung, ob sich beide Hitzerezeptorsubtypen auch hinsichtlich ihrer Protonensensitivität unterscheiden. Für dieAus vorherigen Veröffentlichungen der Arbeitsgruppe war bekannt, dass der TRPV1 Hitzerezeptor im Vogel sich vom TRPV1 der Säugetiere hinsichtlich der Capsaicinsensitivität und der Regulation der Expression durch NGF unterscheidet. Unterschiede in den Eigenschaften zwischen beiden Hitzerezeptorsubtypen könnten Rückschlüsse auf funktionelle Strukturen des Säugetier TRPV1 erlauben. In der vorliegenden Arbeit war die übergreifende Fragestellung, ob sich beide Hitzerezeptorsubtypen auch hinsichtlich ihrer Protonensensitivität unterscheiden. Für die Untersuchungen wurden Spinalganglienneurone von Küken isoliert und kultiviert. Mit Hilfe der Cobalt-uptake Methode wurde der Anteil der Neurone bestimmt, die funktionell den Hitzerezeptor TRPV1 exprimieren. Diese Experimente wurden nach 1, 2 und 3 Tagen unter Kulturbedingungen durchgeführt, um eine mögliche Veränderung mit der Zeit zu erfassen. Weiterhin wurde untersucht, ob durch Protonen der Anteil hitzesensitiver Neurone beeinflusst wird. Hierfür wurden die Somata nach einem Tag unter Kulturbedingungen in Kombination von Hitze und Protonen stimuliert. Um eine Sensibilisierung der Hitzeantwort durch Protonen in einzelnen Neuronen zu untersuchen, wurde mit Hilfe der Patch-clamp Technik in der whole-cell Konfiguration die Amplitude von Hitze-und protoneninduzierten Gesamteinwärtsströmen untersucht. Zunächst wurde mit der Cobalt-uptake Methode untersucht, ob der Anteil hitzesensitiver Neurone durch Protonen von der Zeit unter Kulturbedingungen beeinflusst wird. Bei einer Temperatur von 44°C stieg der Prozentsatz hitzesensitiver Neurone innerhalb der ersten 3 Tage unter Kulturbedingungen an, unabhängig von der Protonenkonzentration (pH 7,4, pH 6,6 und pH 5,8). Die nächste Frage war, wie hoch der Anteil protonensensitiver Neurone bei Raumtemperatur ist. Hierfür wurden die Zellen nach einem Tag in Zellkultur mit einem Medium von pH 7,4, pH 6,6, pH 6,2 oder pH 5,8 stimuliert. Es zeigte sich ein Anstieg von 3,3% ± 0,5% bei pH 7,4 auf 35,0% ± 4,0% bei pH 5,8. Im Folgenden wurde der Frage nachgegangen, ob dieser Anstieg temperaturabhängig ist. Hierfür wurden entsprechende Experimente bei 37°C, 40°C und 44°C nach einem Tag unter Kulturbedingeungen durchgeführt. Im Vergleich war bei 37°C der Anteil positiver Neurone bereits bei 6,2 so hoch wie bei Raumtemperatur bei pH 5,8. Mit weiter zunehmender Temperatur verringerte sich jedoch der Anteil positiver Neurone mit steigendem pH. So war bei 44°C und pH 5,8 nur noch ein geringer Anstieg zu verzeichnen. Im letzten Teil der Arbeit wurde mit Hilfe der Patch-clamp Technik hitze- und protoneninduzierte Einwärtsströme gemessen. Es konnte exemplarisch gezeigt werden, dass die Amplitude des hitzeinduziereten Einwärtsstroms temperaturabhängig ist. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass die Amplitude des hitzeinduzierten Einwärtsstroms bei einem Medium von pH 6,6 im Vergleich zu pH 7,4 deutlich ansteigt. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass der Küken TRPV1 ähnlich wie der der Säugetiere durch Protonen in Konzentrationen, die im entzündlichen Gewebe vorkommen, sensibilisiert werden kann. Es kommt sowohl zu einer Rekrutierung von weiteren hitzesensitiven Neuronen also auch zu einer verstärkten Antwort bereits hitzesensitiver Neurone.…
• From previous publications of the work group it was already known that the TRPV1 heat receptor of birds differs from the TRPV1 of mammals in regards to the capsaicin sensitivity and the regulation of the expression by NGF. Differences in properties between the two heat receptor subtypes might allow conclusions on functional structures of the mammal TRPV1. In the study it was examined whether both subtypes of heat receptors also differ concerning their sensitivity of proton. For this analyzes, spinal ganglion neurons of chicks were isolated andFrom previous publications of the work group it was already known that the TRPV1 heat receptor of birds differs from the TRPV1 of mammals in regards to the capsaicin sensitivity and the regulation of the expression by NGF. Differences in properties between the two heat receptor subtypes might allow conclusions on functional structures of the mammal TRPV1. In the study it was examined whether both subtypes of heat receptors also differ concerning their sensitivity of proton. For this analyzes, spinal ganglion neurons of chicks were isolated and cultivated. By means of the cobalt-uptake method the percentage of neurons was identified which functionally expresses the heat receptor TRPV1. These experiments were conducted after 1,2 and 3 days in culture conditions to be able to evaluate a possible change over time. Further on it was examined whether the percentage of heat sensitive neurons is influenced by proton. For this, the neurons were stimulated after one day in culture conditions in combination of heat and proton. To study the sensitisation of the heat response through proton within single neurons, the amplitude of heat and proton induced total ionic currents was examined by using the patch-clamp method in the whole-cell configuration. As a start, it was examined by means of the cobalt-uptake method whether the percentage of heat sensitive neurons is influenced by proton over time in culture conditions. At a temperature of 44°C the percentage of heat sensitive neurons increased within the first 3 days in culture conditions independently on the concentration of proton (pH 7,4, pH 6,6 and pH 5,8). The next question was the percentage of proton sensitive neuron at room temperature. For this, the cells were stimulated after one day in cell culture with a medium of pH 7,4, pH 6,6, pH 6,2 or pH 5,8. An increase of 3,3% ± 0,5% at pH 7,4 up to 35,0% ± 4,0% at pH 5,8 could be identified. In the following it was evaluated whether this increase is dependent on temperature. Therefore, experiments at 37°C, 40°C and 44°C after one day in culture conditions were conducted. In comparison at 37°C the percentage of positive neurons was already at 6,2 as high as at room temperature at pH 5,8. With a further increasing temperature, the percentage of positive neurons decreased with increasing pH values. Thus, at 44°C and pH 5,8 only a little further increase could be identified. In the last part of the study, heat and proton induced ionic currents were measured by using the patch-clamp method. Exemplarily it could be demonstrated that the amplitude of heat induced ionic currents is dependent on temperature. Further on it could be demonstrated that the amplitude of the heat induced ionic current significantly increases at a medium of pH 6,6 compared to a pH of 7,4. The results of this study show that the TRPV1 of chicks similarly to the one of mammals can be sensitized by proton in concentrations as they exist in inflamed tissue. This results in a recruiting of additional heat sensitive neurons as well as an intensified response of already heat sensitive neurons.…