Transduktionsprozess in einem Thermorezeptor einer Spinne

Die Mechanismen der Transduktion und Kodierung sind für Licht, Schall, Geruch und Geschmack viel besser verstanden als für Temperatur. Die geringe Größe der Thermorezeptoren, ihre geringe Verbreitung und das Fehlen spezialisierter Hilfsstrukturen haben intrazelluläre Ableitungen bislang nicht ermöglicht. Da in der Haut der Wirbeltiere nicht nur Thermorezeptoren sondern auch Mechano- und Schmerzrezeptoren auftreten, sind Thermorezeptoren für elektrophysiologische Ableitungen schwer zugänglich. Elektrophysiologische Ableitungen von Thermorezeptoren sind bei Arthropoden leichter durchzuführen, denn die Kälte- und Wärmezellen treten bei Insekten und Zecken in gut erkennbaren Sensillen gemeinsam mit zwei Hygrorezeptoren an der Körperoberfläche auf. Bei Spinnen sind sogar 7 dieser Sensillen in einem Sinnesorgan vereint, dem Tarsalorgan. Dieses Sinnesorgan ist auf jedem Bein nur einmal ausgebildet und leicht zu identifizieren. Bau und Funktion der Wärmezellen des Tarsalorganes wurden in meiner Arbeitsgruppe ausführlich mit elektronenmikroskopischen und elektrophysiologischen Methoden untersucht. Das Problem der Präparation des Spinnenbeines für intrazelluläre Ableitungen wurde von Wissenschaftlern in Halifax (Kanada) und Frankfurt (Deutschland) zur Durchführung von voltage-clamp Ableitungen an Mechanorezeptoren des Spaltsinnesorganes des Spinnenbeines gelöst. Die Präparations- und Ableittechniken wurden erfolgreich in einer Serie von wissenschaftlichen Arbeiten angewandt. Die gleichen Techniken werden im geplanten Projekt für die intrazellulären Ableitungen von Wärmezellen des Tarsalorganes am Spinnenbein eingesetzt. Folgende Untersuchen sind geplant: 1) erste intrazelluläre Ableitungen zur Ermittlung der Funktion eines Thermorezeptors; 2) Einfluss der verschiedenen Formen von Temperaturreizen (konstante Temperatur, schnelle und langsame Änderungen der Temperatur) auf das Rezeptorpotential; 3) Bestimmung der Ionenleitfähigkeit der Zellmembran bei spezifischen Membranpotentialen; 4) Messen der Ionenströme, die durch spezialisierte Ionenkanäle entstehen; 5) Ermittlung des Öffnungsmechanismuses dieser Ionenkanäle.

Die Mechanismen der Transduktion und Kodierung sind für Licht, Schall, Geruch und Geschmack viel besser verstanden als für Temperatur. Die geringe Größe der Thermorezeptoren, ihre geringe Verbreitung und das Fehlen spezialisierter Hilfsstrukturen haben intrazelluläre Ableitungen bislang nicht ermöglicht. Da in der Haut der Wirbeltiere nicht nur Thermorezeptoren sondern auch Mechano- und Schmerzrezeptoren auftreten, sind Thermorezeptoren für elektrophysiologische Ableitungen schwer zugänglich. Elektrophysiologische Ableitungen von Thermorezeptoren sind bei Arthropoden leichter durchzuführen, denn die Kälte- und Wärmezellen treten bei Insekten und Zecken in gut erkennbaren Sensillen gemeinsam mit zwei Hygrorezeptoren an der Körperoberfläche auf. Bei Spinnen sind sogar 7 dieser Sensillen in einem Sinnesorgan vereint, dem Tarsalorgan. Dieses Sinnesorgan ist auf jedem Bein nur einmal ausgebildet und leicht zu identifizieren. Bau und Funktion der Wärmezellen des Tarsalorganes wurden in meiner Arbeitsgruppe ausführlich mit elektronenmikroskopischen und elektrophysiologischen Methoden untersucht. Das Problem der Präparation des Spinnenbeines für intrazelluläre Ableitungen wurde von Wissenschaftlern in Halifax (Kanada) und Frankfurt (Deutschland) zur Durchführung von voltage-clamp Ableitungen an Mechanorezeptoren des Spaltsinnesorganes des Spinnenbeines gelöst. Die Präparations- und Ableittechniken wurden erfolgreich in einer Serie von wissenschaftlichen Arbeiten angewandt. Die gleichen Techniken werden im geplanten Projekt für die intrazellulären Ableitungen von Wärmezellen des Tarsalorganes am Spinnenbein eingesetzt. Folgende Untersuchen sind geplant: 1. erste intrazelluläre Ableitungen zur Ermittlung der Funktion eines Thermorezeptors; 2. Einfluss der verschiedenen Formen von Temperaturreizen (konstante Temperatur, schnelle und langsame Änderungen der Temperatur) auf das Rezeptorpotential; 3. Bestimmung der Ionenleitfähigkeit der Zellmembran bei spezifischen Membranpotentialen; 4. Messen der Ionenströme, die durch spezialisierte Ionenkanäle entstehen; 5. Ermittlung des Öffnungsmechanismuses dieser Ionenkanäle.