Calcium-activated chloride currents have been described in a plethora of physiological processes including sensory transduction. In olfaction, calcium- activated chloride channels (CaCCs) are thought to play a crucial role as amplifiers of the olfactory signal. Binding of odorants to olfactory sensory neurons (OSNs) generates a primary transduction current that is mediated by cyclic nucleotide-gated (CNG) channels. The concomitant calcium influx then activates CaCCs that may account for up to 90 percent of the total receptor current. However, the unknown molecular identity of the underlying channel has precluded direct functional testing. Recently, Ano1 (Anoctamin-1, Tmem16a) has been cloned as the first bona fide CaCC with physiological functions in fluid secretion and smooth muscle contraction. Ano2 (Anoctamin 2, Tmem16b) is its closest homolog and likewise gives rise to Calcium-activated chloride currents. A physiological role of Ano2, though, has not been explored yet. We investigated the function of Ano2 in mice and identified Ano2 as the CaCC of the olfactory transduction cascade. Expression of Ano2 was restricted to neuronal tissues with highest levels in the two sensory systems of smell and vision and low expression in several brain regions. In the olfactory system, the Ano2 channel localized to sensory cilia of olfactory neurons in the main olfactory epithelium (MOE) and to microvilli of sensory neurons in the vomeronasal organ (VNO). In the VNO, as in the retina, Ano2 co-localized with the related CaCC Ano1 which otherwise was mainly detected in apical membranes of glandular cells, consistent with its function in epithelial secretion. Disruption of Ano2 in mice abolished calcium-activated chloride currents in the MOE and the VNO. Surprisingly, the loss of CaCC activity from OSNs only moderately affected the receptor potential in electro-olfactogram (EOG) recordings. Odor responses were reduced by roughly 40 percent in the fluid- phase configuration, while in air-phase EOGs we could not detect any changes. Neuronal input activity to the olfactory bulb and convergence of OSN axons to the olfactory glomeruli, where Ano2 is also located, were unchanged. Consistently, Ano2 knock-out mice showed normal olfaction-guided behaviors and did perform undistinguishable from their littermates in olfactory behavioral tasks. Neither olfactory discrimination ability nor odor sensitivity was affected. Our results show that CNG channels do not need a boost by CaCC to achieve near-physiological levels of olfaction. We conclude that in contrast to the prevailing view, calcium-activated chloride currents are dispensable for olfactory signaling.
Calcium-aktivierte Chloridströme sind an vielen physiologischen Prozessen beteiligt und wurden unter anderem in der Signaltransduktion sensorischer Systeme beschrieben. Besonders im Riechprozess wird ihnen eine essentielle Rolle als Verstärker des Geruchssignals zugeschrieben. Die Bindung von Geruchsstoffen an Riechneurone führt zur Aktivierung eines cAMP-kontrollierten Kationenkanals, der einen primären Transduktionsstrom vermittelt und unter anderem zu Calcium-Einstrom führt. Calcium wiederum aktiviert einen calcium- aktivierten Chloridkanal, von dem angenommen wird, dass er etwa 90 Prozent des gesamten Rezeptorstroms ausmacht. Da man die molekulare Identität dieses Kanals nicht kennt, konnte der Mechanismus bisher nicht funktionell überprüft werden. Kürzlich wurde Ano1 (Anoctamin-1, Tmem16a) als erster calcium- aktivierter Chloridkanal kloniert und konnte als essentielle Komponente der Flüssigkeitssekretion in Epithelien und der Kontraktion glatter Muskulatur identifiziert werden. Ano2 (Anoctamin-2, Tmem16b) ist ein eng verwandtes Homolog von Ano1 und vermittelt ebenfalls calcium-aktivierte Chloridströme. Seine physiologische Funktion wurde jedoch bisher nicht untersucht. In dieser Arbeit wurde die Expression und Funktion von Ano2 in Mäusen charakterisiert und Ano2 als der calcium-aktivierte Chloridkanal des Riechens identifiziert. Das Ano2-Protein konnte in den sensorischen Systemen des Riechens und Sehens sowie in geringen Mengen in spezifischen Gehirnregionen nachgewiesen werden. Im olfaktorischen System wurde der Ano2-Kanal in sensorischen Zilien der Riechneuronen und in sensorischen Mikrovilli des Vomeronasalorgans lokalisiert. Ausschließlich im Vomeronasalorgan und in der Retina kolokalisierte Ano2 mit dem verwandten Ano1-Kanal. Dieser war in der Nase außerdem prominent in Drüsenzellen exprimiert. In Ano2 Knockout-Mäusen konnten im Riechepithel und im VNO keine calcium-aktivierten Chloridströme mehr nachgewiesen werden. Überraschenderweise führte der Verlust dieser Ströme nur zu einer moderaten Beeinträchtigung des Rezeptorpotentials in Elektroolfaktogramm (EOG)-Messungen. In der Flüssigphasen-Konfiguration des EOGs waren die Geruchsantworten um etwa 40 Prozent reduziert, während in der Luftphasen-Konfiguration kein Unterschied erkennbar war. Neuronale Input- Aktivität zum olfaktorischen Bulbus sowie die Konvergenz von Riechneuronen auf olfaktorische Glomeruli waren unverändert. In Übereinstimmung dazu zeigten Ano2 Knockout-Mäuse keine Störungen des geruchsgesteuerten Verhaltens und schnitten in olfaktometrischen Tests normal ab. Weder die Fähigkeit zur Unterscheidung von Gerüchen noch die Detektionsgrenze für Geruchstoffe waren hier beeinträchtigt. Unsere Ergebnisse zeigen, dass der primäre Rezeptorstrom durch cAMP-gesteuerte Kanäle keine Verstärkung durch calcium-aktivierte Chloridkanäle benötigt, um eine fast-physiologische Funktion des Geruchssinnes zu gewährleisten. Wir schlussfolgern, dass calcium-aktivierte Chloridströme für die olfaktorische Signalverarbeitung entbehrlich sind.
