Pheromone Transduction in Moths

Calling female moths attract their mates late at night with intermittent release of a species-specific sex-pheromone blend. Mean frequency of pheromone filaments encodes distance to the calling female. In their zig-zagging upwind search male moths encounter turbulent pheromone blend filaments at highly variable concentrations and frequencies. The male moth antennae are delicately designed to detect and distinguish even traces of these sex pheromones amongst the abundance of other odors. Its olfactory receptor neurons sense even single pheromone molecules and track intermittent pheromone filaments of highly variable frequencies up to about 30 Hz over a wide concentration range. In the hawkmoth Manduca sexta brief, weak pheromone stimuli as encountered during flight are detected via a metabotropic PLCβ-dependent signal transduction cascade which leads to transient changes in intracellular Ca2+ concentrations. Strong or long pheromone stimuli, which are possibly perceived in direct contact with the female, activate receptor-guanylyl cyclases causing long-term adaptation. In addition, depending on endogenous rhythms of the moth's physiological state, hormones such as the stress hormone octopamine modulate second messenger levels in sensory neurons. High octopamine levels during the activity phase maximize temporal resolution cAMP-dependently as a prerequisite to mate location. Thus, I suggest that sliding adjustment of odor response threshold and kinetics is based upon relative concentration ratios of intracellular Ca2+ and cyclic nucleotide levels which gate different ion channels synergistically. In addition, I propose a new hypothesis for the cyclic nucleotide-dependent ion channel formed by insect olfactory receptor/coreceptor complexes. Instead of being employed for an ionotropic mechanism of odor detection it is proposed to control subthreshold membrane potential oscillation of sensory neurons, as a basis for temporal encoding of odors

Identification and characterisation of the circadian pacemaker of the cockroach Leucophaea maderae

Identification and characterisation of the circadian pacemaker of the cockroach Leucophaea madera

ATP induzierte Membranpotenzial-Oszillationen in humanen Makrophagen

Die Doktorarbeit zeigt, dass ATP in mikromolaren Konzentrationen bei humanen Makrophagen Oszillationen des Membranpotentials und des intrazellulären Kalziums auslöst. Diese Oszillationen wirken auf die Zytokinproduktion der Makrophagen und erhöhen die Produktion von IL-6. Des weitern konnten in dieser Arbeit die Purinrezeptoren der Makrophagen identifiziert werden. Es zeigte sich, dass die für die Oszillationen verantwortlichen Rezeptoren der P2Y-Familie angehören. Die Membranpotential-Ozillationen werden von Kaliumkanälen getragen. Es konnten BK und IKCa als Träger der Hyperpolarisationen zugeordnet werden. Insgesammt deuten diese Erkenntnisse möglicherweise auf ATP als Gefahren-Signal für das angeborenen Immunsystem hin

Elektrophysiologische Charakterisierung des isolierten circadianen Schrittmachers der Schabe Leucophaea maderae

Der Sitz des circadianen Schrittmachers, der das Laufverhalten der Schabe Leucophaea maderae steuert, wurde durch Läsions- und Transplantationsexperimente in der akzessorischen Medulla (aMe; Plural akzessorische Medullae, aMae) lokalisiert. Die aMe ist ein noduläres Neuropil, welches sich am frontalen, ventromedialen Rand der Medulla in den bilateralen optischen Loben befindet. Immunfärbungen gegen das Octadeca-Peptid pigment-dispersing hormon (PDH) aus Crustaceen zeigen eine dichte Innervation von PDH-immunreaktiven (PDH-ir) Zellen in der aMe. Bei Drosophila melanogaster und Leucophaea maderae exprimiert ein Grossteil der PDH-ir Zellen das Protein PERIOD, einen integralen Bestandteil des molekularen circadianen Schrittmachers (pacemaker). Darüber hinaus erfüllt die Anatomie der gefundenen PDH-ir Zellen wichtige Kriterien eines circadianen Schrittmachers. So weisen sie Projektionen in der Lamina auf und somit einen möglichen Informationsausgang zu den Komplexaugen, es besteht eine Kopplungsbahn zwischen den bilateralen aMae und es sind Ausgänge in das superiore mediane Protocerebrum vorhanden, welche für die Kontrolle des Verhaltens verantwortlich sein könnten. Zusätzlich zu den PDH-ir Zellen wird die aMe von einer Vielzahl verschiedener Peptid- und GABA-ir Neurone innerviert. Die Verzweigungen dieser Neurone formen Subkompartimente in der aMe: ein dichtes noduläres Neuropil, dazwischen ein internoduläres Neuropil und eine „Schale“, die das noduläre und internoduläre Neuropil umgibt. Das noduläre Neuropil weist dichte Verzweigungen aus dem GABA-ir distalen Trakt auf, die vermutlich für die Lichtsynchronisation verantwortlich sind. Zusätzliche Verzweigungen von circa 25 GABA-ir Neuronen mit Somata in direkter Nähe zur aMe dienen wahrscheinlich als lokale Interneurone. In den letzten Jahren wurden große Fortschritte in der Erforschung des molekularen Schrittmachers gemacht, aber nur wenige Informationen zu den physiologischen Eigenschaften der Schrittmacherneurone und deren Verschaltung zu einem neuronalen Netzwerk sind bekannt. In der vorliegenden Dissertation wurde eine Methode entwickelt und etabliert, welche es ermöglicht, über einen Zeitraum von Stunden bis hin zu mehreren Tagen die elektrische Aktivität von isolierten aMae aufzuzeichnen. Mit dieser Methode werden mit einer niederohmigen Saugelektrode Summenpotentiale von mehreren Neuronen simultan extrazellulär abgeleitet (multi-unit recording). Dies ermöglicht, die zeitliche Koordination der elektrischen Aktivität von Neuronen in einem Netzwerk zu untersuchen. Das Ziel der Arbeit war die elektrophysiologische und pharmakologische Charakterisierung der aMe und die Untersuchung, ob das neuronale Netzwerk der isolierten aMe selbstständig einen circadianen Rhythmus generiert. Die vorliegende Dissertation gliedert sich in drei Kapitel: Kapitel I: Pigment-dispersing factor and GABA synchronisieren Zellen der isolierten circadianen Uhr der Schabe Leucophaea maderae Extrazelluläre Langzeitableitungen von Summenpotentialen von isolierten aMae der Schabe Leucophaea maderae zeigten, dass die Mehrzahl der abgeleiteten Neurone spontanaktiv Aktionspotentiale mit sehr regelmäßigen Intervallen im Millisekundenbereich generieren. Diese Regelmäßigkeit wird wahrscheinlich durch Membranpotentialoszillationen mit ultradianen Periodenlängen verursacht. Die meisten Neurone in der aMe sind zu Ensembles phasengleich gekoppelt und generieren simultan Aktionspotentiale mit gleichen Intervallen (Periodenlängen) und zu gleichen Zeitpunkten (Phasenlage). Verschiedene Ensembles von Neuronen generieren unterschiedliche Periodenlängen und Phasenlagen. Die Effekte der Applikationen des inhibitorischen Neurotransmitters GABA und des Chloridkanal Blockers Picrotoxin, welcher reproduzierbar GABA-Inhibitionen aufhob, auf die zeitliche Koordination der elektrischen Aktivität, lassen vermuten, dass die neuronalen Ensembles mittels Synchronisation durch GABAerge Interneuronen gebildet werden. Die Phasenlage unterschiedlicher Ensembles wiederum kann durch Applikation von pigment-dispersing factor (PDF) synchronisiert werden (das Peptid PDF der Insekten ist homolog zu dem PDH der Crustaceen). Aus den Daten geht hervor, dass diese Phasenkopplung wahrscheinlich aus einer Inhibition der GABAergen Interneurone durch PDF resultiert. Diese Daten lassen vermuten, dass die Kontrolle der Phasenlage von ultradianen Aktionspotentialoszillationen ein wichtiger Bestandteil der Funktionsweise des circadianen Netzwerks ist. Offensichtlich wird diese Kontrolle der Phasenlage nicht ausschließlich über chemische Synapsen vermittelt. Die vollständige Blockade der synaptischen Übertragung durch die Entfernung extrazellulären Calciums führte zu einer Erhöhung der elektrischen Aktivität, wahrscheinlich durch den Verlust von inhibitorischen Eingängen auf spontanaktive Zellen, aber nicht zum Verlust von koordinierten Phasenbeziehungen. Die Phasenlage wurde lediglich von null Phasenunterschied zu einer neuen konstanten Phasenbeziehung verschoben. Kapitel II: Elektrische Synapsen zwischen Neuronen der akzessorischen Medulla scheinen circadiane Schrittmacherzellen der Schabe Leucophaea maderae zu synchronisieren Im ersten Kapitel wurde gezeigt, dass GABAerge synaptische Interaktionen zur Bildung neuronalen Ensembles führen. Während alle Neurone eines Ensembles mit der gleichen Phasenlage und gleicher Periodenlänge Aktionspotentiale generieren, zeigen unterschiedliche Ensembles unterschiedliche Periodenlängen und Phasenlagen. Allerdings führt die Blockade von synaptischer Übertragung nicht zu einem völligen Verlust von synchronisierten Aktionspotentialoszillationen, sondern zu einem graduellen Verschieben der Phasenlagen, bis hin zu einem konstanten Phasenunterschied. Daraus lässt sich schließen, dass zusätzliche Synchronisationswege in der aMe eine wichtige Rolle spielen, welche nicht von chemischen Synapsen getragen werden. Um zu untersuchen, ob elektrische Synapsen (gap junctions) an dieser Synchronisation beteiligt sind, verwendeten wir die aus Vertebraten bekannten gap junction Blocker Halothane, Octanol und Carbenoxolon (CBX). Die Effekte der Applikation von verschiedenen gap junction Blockern in Gegenwart und Abwesenheit von synaptischer Übertragung in der aMe, lassen darauf schließen, dass verschiedene Populationen von aMe Interneuronen durch gap junctions zu einer stabilen Phasendifferenz synchronisiert werden. Diese Synchronisation schafft die notwendige Voraussetzung für die synaptische Kopplung zu Ensembles von aMe Neuronen mit identischer Phasenlage. Kapitel III: Extrazelluläre Langzeitableitungen vom circadianen Schrittmacherzentrum der Schabe Leucophaea maderae offenbaren circadiane wie auch ultradiane Rhythmen Die elektrische Aktivität der isolierten aMe konnte im Dauerdunkel extrazellulär bis zu fünf Tagen gemessen werden. Bei extrazellulären Saugelektrodenableitungen, wie sie hier durchgeführt wurden ist die gemessene Frequenz unter anderem vom Synchronisationsgrad der einzelnen Neurone abhängig. Hohe Synchronisation zu identischer Phasenlage führt zu einer Verringerung der gemessenen Frequenz und umgekehrt. Da wir zeigen konnten, dass die Synchronisation von Phasenlagen und Periodenlängen ein integraler Bestandteil des aMe Netzwerkes ist, wurde das zeitliche Auftreten von definierten Frequenzmaxima unabhängig von der absoluten gemessenen Frequenz analysiert. Die gemessenen Frequenzmaxima zeigten eine signifikant höhere Verteilung in der Mitte der subjektiven Nacht. Die Untersuchung der Intervallverteilung zwischen den Frequenzmaxima ergab eine vorherrschende ultradiane Periodenlänge von circa zwei Stunden. Zusätzlich traten gehäuft Perioden auf, deren Länge ganzzahlige Vielfache von zwei Stunden waren. Die zeitliche Verteilung dieser periodisch auftretenden Frequenzmaxima, bzw. Frequenzänderungen steht in guter Korrelation zu den Zeiträumen in denen Injektionen von PDF, Allatotropin, GABA und Serotonin die Phasenlage der Lokomotion im Dauerdunkel am stärksten beeinflussen. Es lässt sich vermuten, dass die zeitliche Koordination des aMe Netzwerkes durch die Kontrolle der Phasenbeziehungen ultradianer Oszillatoren bewerkstelligt wird

Circadian pacemaker coupling by multi-peptidergic neurons in the cockroach Leucophaea maderae

Lesion and transplantation studies in the cockroach, Leucophaea maderae, have located its bilaterally symmetric circadian pacemakers necessary for driving circadian locomotor activity rhythms to the accessory medulla of the optic lobes. The accessory medulla comprises a network of peptidergic neurons, including pigment-dispersing factor (PDF)-expressing presumptive circadian pacemaker cells. At least three of the PDF-expressing neurons directly connect the two accessory medullae, apparently as a circadian coupling pathway. Here, the PDF-expressing circadian coupling pathways were examined for peptide colocalization by tracer experiments and double-label immunohistochemistry with antisera against PDF, FMRFamide, and Asn13-orcokinin. A fourth group of contralaterally projecting medulla neurons was identified, additional to the three known groups. Group one of the contralaterally projecting medulla neurons contained up to four PDF-expressing cells. Of these, three medium-sized PDF-immunoreactive neurons coexpressed FMRFamide and Asn13-orcokinin immunoreactivity. However, the contralaterally projecting largest PDF neuron showed no further peptide colocalization, as was also the case for the other large PDF-expressing medulla cells, allowing the easy identification of this cell group. Although two-thirds of all PDF-expressing medulla neurons coexpressed FMRFamide and orcokinin immunoreactivity in their somata, colocalization of PDF and FMRFamide immunoreactivity was observed in only a few termination sites. Colocalization of PDF and orcokinin immunoreactivity was never observed in any of the terminals or optic commissures. We suggest that circadian pacemaker cells employ axonal peptide sorting to phase-control physiological processes at specific times of the day

Clinical correlates and prognostic impact of neurologic disorders in Takotsubo syndrome

© The Author(s) 2021. Open Access This article is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License, which permits use, sharing, adaptation, distribution and reproduction in any medium or format, as long as you give appropriate credit to the original author(s) and the source, provide a link to the Creative Commons licence, and indicate if changes were made. The images or other third party material in this article are included in the article's Creative Commons licence, unless indicated otherwise in a credit line to the material. If material is not included in the article's Creative Commons licence and your intended use is not permitted by statutory regulation or exceeds the permitted use, you will need to obtain permission directly from the copyright holder. To view a copy of this licence, visit http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.Cardiac alterations are frequently observed after acute neurological disorders. Takotsubo syndrome (TTS) represents an acute heart failure syndrome and is increasingly recognized as part of the spectrum of cardiac complications observed after neurological disorders. A systematic investigation of TTS patients with neurological disorders has not been conducted yet. The aim of the study was to expand insights regarding neurological disease entities triggering TTS and to investigate the clinical profile and outcomes of TTS patients after primary neurological disorders. The International Takotsubo Registry is an observational multicenter collaborative effort of 45 centers in 14 countries (ClinicalTrials.gov, identifier NCT01947621). All patients in the registry fulfilled International Takotsubo Diagnostic Criteria. For the present study, patients were included if complete information on acute neurological disorders were available. 2402 patients in whom complete information on acute neurological status were available were analyzed. In 161 patients (6.7%) an acute neurological disorder was identified as the preceding triggering factor. The most common neurological disorders were seizures, intracranial hemorrhage, and ischemic stroke. Time from neurological symptoms to TTS diagnosis was ≤ 2 days in 87.3% of cases. TTS patients with neurological disorders were younger, had a lower female predominance, fewer cardiac symptoms, lower left ventricular ejection fraction, and higher levels of cardiac biomarkers. TTS patients with neurological disorders had a 3.2-fold increased odds of in-hospital mortality compared to TTS patients without neurological disorders. In this large-scale study, 1 out of 15 TTS patients had an acute neurological condition as the underlying triggering factor. Our data emphasize that a wide spectrum of neurological diseases ranging from benign to life-threatening encompass TTS. The high rates of adverse events highlight the need for clinical awareness.The International Takotsubo Registry was supported by the Biss Davies Charitable Trust. Dr. Scheitz has been supported by the Corona Foundation. Dr. Templin has been supported by the H.H. Sheikh Khalifa bin Hamad Al-Thani Research Programme and the Swiss Heart Foundation.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

Development of an in vitro model system to study primary sensory transduction mechanisms.

Sex-pheromone components released by Manduca sexta females are detected solely by male-specific olfactory receptor neurons that innervate long sensilla trichodea on the male antennae. To facilitate studies of the development and physiology of these receptor cells, I have produced primary in vitro cultures of cells dissociated from pupal male antennae. These cultures comprise several morphological types of cells, two of these cell types could be characterized immunocytochemically with a pair of monoclonal antibodies that were shown previously to recognize certain antigens in olfactory receptor neurons at defined stages of development. The good correlation between in vivo and in vitro expression of these antigens suggest that the immunocytochemically recognized cells are olfactory receptor neurons that follow at least partially their normal course of development in vitro. Patch-clamp studies revealed that the immunocytochemically recognized olfactory receptor neurons express three different kinds of Cs⁺-blockable K⁺ channels and at least one kind of Tetrodotoxin-blockable Na⁺ channel after three weeks in vitro. At least one channel, an unspecific cation channel, responds with higher frequency openings after stimulation with female pheromone-gland extracts in vitro. Thus it could be demonstrated for the first time that identifiable cultured insect olfactory receptor neurons differentiate in morphological and physiological terms and are able to respond to pheromones in vitro, providing an ideal model system for studies of primary sensory transduction in vitro

The Diacylglycerol Analogs OAG and DOG Differentially Affect Primary Events of Pheromone Transduction in the Hawkmoth Manduca sexta in a Zeitgebertime-Dependent Manner Apparently Targeting TRP Channels

Gefördert durch den Publikationsfonds der Universität Kasse

Light affects the branching pattern of peptidergic circadian pacemaker neurons in the brain of the cockroach Leucophaea maderae

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