Advanced

Are dog noses too cool for the mammalian cold receptor TRPM8?

Tuminaite, Inga (2015) MOBT01 20132
Degree Projects in Molecular Biology
Abstract
Sensing temperature is important for identifying preferable temperatures and avoiding dangerous extremes. The cold pain limit of mammals in general is estimated to approximately 12 °C. I reasoned that such a skin temperature is unlikely to be sustainable in colder climates and studied cold-adapted dogs in northern Sweden using thermography. Skin temperature on the rhinarium (naked nose tip) was 2.9 °C on average (n = 16). This shows that mammalian thermosensitivity is diverse and ecological factors need to be taken into account. Dogs must have transduction mechanisms to monitor near-freezing skin temperatures and avoid tissue damage. In mammalian skin, thermal information is transduced by TRP channels. The channel TRPM8 is the only known... (More)
Sensing temperature is important for identifying preferable temperatures and avoiding dangerous extremes. The cold pain limit of mammals in general is estimated to approximately 12 °C. I reasoned that such a skin temperature is unlikely to be sustainable in colder climates and studied cold-adapted dogs in northern Sweden using thermography. Skin temperature on the rhinarium (naked nose tip) was 2.9 °C on average (n = 16). This shows that mammalian thermosensitivity is diverse and ecological factors need to be taken into account. Dogs must have transduction mechanisms to monitor near-freezing skin temperatures and avoid tissue damage. In mammalian skin, thermal information is transduced by TRP channels. The channel TRPM8 is the only known receptor for both pleasantly cool and noxiously cold temperatures. I therefore studied the temperature activation threshold of the dog TRPM8 channel, hoping to find a lower activation threshold temperature. The channel was expressed in HEK293T cells and characterized using calcium imaging and whole-cell patch-clamping. The activation threshold was tested after adapting the cells to basal temperatures of 30 and 40 °C. Calcium imaging showed no difference in channel temperature activation threshold dependent on basal temperature (22-23 °C in both cases). Whole-cell patch-clamping results are, however, suggestive for a threshold temperature increase when the cells are exposed to higher basal temperature prior to measurements, 25 °C in basal temperature of 30 °C and 29 °C in 40 °C. The dog TRPM8 channel is similar to the more extensively studied rat and human orthologs and can adapt to a similar extent. This leaves the transduction mechanisms for the observed low skin temperatures still unresolved and further studies on cold-adapted model animals are needed. (Less)
Popular Abstract (Swedish)
Med näsa för kyla: hudtemperatur och köldreception hos hundar

Förmågan att känna temperatur är viktigt för att kunna identifiera behagliga samt undvika farliga temperaturer. Hittills har forskningen kring hur däggdjur uppfattar, för oss, smärtsamt kalla temperaturer lett till fler frågor än svar. En av orsakerna till detta är sannolikt att försöksdjuren som normalt används inom temperaturforskning lever hela sina liv i 20-25 °C och aldrig exponeras för kyla i naturliga miljöer. I den här studien har jag undersökt hundar som lever i norra Sverige, och deras receptorprotein TRPM8, som anses vara den receptor som i huvudsak känner av låga temperaturer.

Vi människor känner smärta när vår hudtemperatur blir lägre än 12 °C, vilket är föga... (More)
Med näsa för kyla: hudtemperatur och köldreception hos hundar

Förmågan att känna temperatur är viktigt för att kunna identifiera behagliga samt undvika farliga temperaturer. Hittills har forskningen kring hur däggdjur uppfattar, för oss, smärtsamt kalla temperaturer lett till fler frågor än svar. En av orsakerna till detta är sannolikt att försöksdjuren som normalt används inom temperaturforskning lever hela sina liv i 20-25 °C och aldrig exponeras för kyla i naturliga miljöer. I den här studien har jag undersökt hundar som lever i norra Sverige, och deras receptorprotein TRPM8, som anses vara den receptor som i huvudsak känner av låga temperaturer.

Vi människor känner smärta när vår hudtemperatur blir lägre än 12 °C, vilket är föga förvånande då våra känsliga kroppar inte är anpassade för kalla miljöer. Många andra däggdjur, t.ex. hundar, är mycket bättre rustade för vårt kalla klimat och kan leva utomhus året runt. Djuren är till stor del täckta av skyddande päls, men deras kala tassar kommer i kontakt med snön och nosarna är helt oskyddade. Det är orimligt att dessa kroppsytor skulle hållas över 12 °C i vintriga Norrland, eftersom det skulle leda till stor värmeförlust. För att se vilka hudtemperaturer som kan förekomma hos köldanpassade djur spenderade jag ett par kalla vintereftermiddagar på brukshundklubbar i Luleå och Kiruna och gjorde termografiska mätningar, det vill säga tog bilder på hundars nosar med värmekamera.

Hudtemperatur registreras av receptorproteiner i våra nervceller och förmedlas som elektriska signaler till hjärnan, där informationen bearbetas och ger oss en uppfattning om temperaturen närmast huden. Hos däggdjur anses TRPM8 vara den receptor som i huvudsak registrerar kalla temperaturer. Jag har undersökt hur hundars proteinreceptor TRPM8 reagerar på kyla efter att ha varit anpassad till 30 eller 40 °C och jämfört dess anpassningsförmåga med dess motsvarighet hos människor. Jag uttryckte TRPM8 i modellceller och undersökte under vilka omständigheter receptorn var aktiv med hjälp av metoder som kalcium avbildning och elektrofysiologi på enskilda celler. Kalciumavbildning är en metod som bevakar kalciummängden i cellen med hjälp av en fluorescerande molekyl. Då TRPM8 släpper in just kalciumjoner kan man se exakt när kanalen öppnas och kalcium strömmar in. I elektrofysiologi mäter man istället den elektriska strömmen som uppstår när kalcium strömmar in i cellen med hjälp av en tunn glaspipett och en elektrod.

Är det för kallt?
De termografiska mätningarna från Luleå respektive Kiruna visade att noshuden hade en medeltemperatur på 2,9 °C i helt bekymmersfria hundar, vilket visar på ökad köldtolerans hos dessa djur. Hundarnas TRPM8 visade sig dock vara mycket lik människans när den är anpassad till över rumstemperatur och det tydliggör behovet av att granska receptorns reaktivitet efter att den har blivit anpassad till lägre temperaturer. Det är fortfarande oklart hur extremt låga temperaturer kan förmedlas, men för att kunna hitta svaret är det nödvändigt att studera djur som lever i kalla klimat istället för försöksdjur i uppvärmda laboratorier.

Handledare: Ronald Kröger
Examensarbete - masterexamen i Molekylärbiologi 60 hp, 2015
Biologiska institutionen, Lunds universitet (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Tuminaite, Inga
supervisor
organization
course
MOBT01 20132
year
type
H2 - Master's Degree (Two Years)
subject
language
English
id
5158766
date added to LUP
2015-03-20 16:08:41
date last changed
2015-03-20 16:08:41
@misc{5158766,
  abstract     = {Sensing temperature is important for identifying preferable temperatures and avoiding dangerous extremes. The cold pain limit of mammals in general is estimated to approximately 12 °C. I reasoned that such a skin temperature is unlikely to be sustainable in colder climates and studied cold-adapted dogs in northern Sweden using thermography. Skin temperature on the rhinarium (naked nose tip) was 2.9 °C on average (n = 16). This shows that mammalian thermosensitivity is diverse and ecological factors need to be taken into account. Dogs must have transduction mechanisms to monitor near-freezing skin temperatures and avoid tissue damage. In mammalian skin, thermal information is transduced by TRP channels. The channel TRPM8 is the only known receptor for both pleasantly cool and noxiously cold temperatures. I therefore studied the temperature activation threshold of the dog TRPM8 channel, hoping to find a lower activation threshold temperature. The channel was expressed in HEK293T cells and characterized using calcium imaging and whole-cell patch-clamping. The activation threshold was tested after adapting the cells to basal temperatures of 30 and 40 °C. Calcium imaging showed no difference in channel temperature activation threshold dependent on basal temperature (22-23 °C in both cases). Whole-cell patch-clamping results are, however, suggestive for a threshold temperature increase when the cells are exposed to higher basal temperature prior to measurements, 25 °C in basal temperature of 30 °C and 29 °C in 40 °C. The dog TRPM8 channel is similar to the more extensively studied rat and human orthologs and can adapt to a similar extent. This leaves the transduction mechanisms for the observed low skin temperatures still unresolved and further studies on cold-adapted model animals are needed.},
  author       = {Tuminaite, Inga},
  language     = {eng},
  note         = {Student Paper},
  title        = {Are dog noses too cool for the mammalian cold receptor TRPM8?},
  year         = {2015},
}