L'espressione e la localizzazione dell'Acquaporina-4 modulano le risposte evocate dagli odoranti nell'epitelio olfattivo e l'attività neuronale basale nel bulbo olfattivo, influenzando il comportamento olfattivo

Aquaporin-4 (AQP4) is a water-selective channel expressed in glial cells throughout the central nervous system. It serves as the main water channel in the neuropil, and is involved in various physiological functions, ranging from regulating water homeostasis by adjusting cell volume to modulating neuronal activity. Different isoforms of AQP4 are expressed in the astrocytes of the olfactory bulb (OB) and glial-like cells known as sustentacular cells (SUSs) of the olfactory epithelium (OE). Interestingly, mice lacking all AQP4 isoforms exhibit impaired olfactory abilities. Hence, we aim to uncover the physiological role of two AQP4 isoforms, the perivascular AQP4ex isoform and the Orthogonal Array of Particle (OAP)-forming isoform (AQP4M23) in the OE and OB. Primarily, we investigated the impact of AQP4 isoforms on OE, finding reduced levels of mature olfactory sensory neurons (OSNs) in mice lacking AQP4ex (AQP4ex-KO) or OAPs (OAP-null). Moreover, the reduced number of OSNs, SUSs, and globose basal cells (GBCs) suggests that AQP4 isoforms are involved in maintaining an optimal microenvironment in the OE, preserving the overall cell density. Then, we explored the role of AQP4 in modulating odorant-evoked responses in the OE through electro-olfactogram recordings, finding reduced odorant responses in mice lacking AQP4 isoforms, along with a reduced basal neuronal activity in the OB of OAP-null. Furthermore, astrocytes’ features are drastically modified in the two KO models when under basal and stimulated activity. Olfactory ability assessments revealed deficits in odor-guided food-seeking test in AQP4ex-KO and OAP-null mice. Furthermore, AQP4ex-KO mice showed a reduced ability to discriminate between different odorants, while OAP-null mice were unable to recognize them as distinct. Moreover, associative olfactory learning and odorant preference are even modified in the two KO models. Overall, our data highlight the role of AQP4 isoforms in modulating neuronal homeostasis, affecting odorant-evoked responses and cell density in the OE. On the other hand, AQP4’ isoforms are even involved in modulating the astrocytes’ morphology by affecting the neuronal activity in the OB. These results shed light on SUSs and astrocytes involvement in mediating these processes and establish a foundation for further understanding their role in controlling OE and OB physiology

L'Acquaporina-4 (AQP4) è un canale selettivo per l'acqua espresso nelle cellule gliali in tutto il sistema nervoso centrale, nonché il principale canale per l'acqua espresso nel neuropilo e coinvolto in diverse funzioni fisiologiche, che vanno dalla regolazione dell'omeostasi idrica, attraverso l'adeguamento del volume cellulare, alla modulazione dell'attività neuronale. Diverse isoforme di AQP4 sono espresse negli astrociti del bulbo olfattivo (OB) e nelle cellule simil-gliali conosciute come cellule di sostegno (SUSs) dell'epitelio olfattivo (OE). È interessante notare che i topi privi di tutte le isoforme di AQP4 mostrano un’abilità olfattiva compromessa. Per questo motivo, il nostro obiettivo è stato investigare il ruolo fisiologico di due isoforme di AQP4: l'isoforma perivascolare AQP4ex e l'isoforma che forma l'Orthogonal Array of Particles (OAPs) (AQP4M23) nell'OE e nell'OB. Abbiamo indagato l'impatto delle isoforme di AQP4 sull'OE, trovando una riduzione del numero di neuroni sensoriali olfattivi maturi (OSNs) nei topi privi di AQP4ex (AQP4ex-KO) o di OAPs (OAP-null). Inoltre, il numero ridotto di OSNs, SUSs e cellule basali globose (GBCs) suggerisce che le isoforme di AQP4 siano coinvolte nel mantenimento di un microambiente ottimale nell'OE, preservando la densità cellulare. Successivamente, abbiamo esplorato il ruolo di AQP4 nella modulazione delle risposte evocate dagli odoranti nell'OE attraverso l'uso dell'elettro-olfattogramma, rilevando risposte ridotte agli odoranti nei topi privi di isoforme di AQP4, insieme a una ridotta attività neuronale basale nell'OB dei topi OAP-null. Inoltre, le caratteristiche degli astrociti risultano drasticamente modificate nei due modelli KO sia durante l'attività basale che durante quella stimolata. L'analisi delle abilità olfattive ha rivelato deficit nel cookie test nei topi AQP4ex-KO e OAP-null. Inoltre, i topi AQP4ex-KO hanno mostrato una ridotta capacità di discriminare tra diversi odoranti, mentre i topi OAP-null non sono stati in grado di riconoscerli come distinti. Anche l'apprendimento olfattivo associativo e la preferenza a diversi odoranti risultano modificati nei due modelli KO. Nel complesso, i nostri dati evidenziano il ruolo delle isoforme di AQP4 nella modulazione dell'omeostasi neuronale, influenzando le risposte evocate dagli odoranti e la densità cellulare nell'OE. Inoltre, le isoforme di AQP4 sono coinvolte nella modulazione della morfologia degli astrociti, influenzando dunque l'attività neuronale nell'OB. Questi dati fanno luce sul ruolo delle SUSs e degli astrociti nel mediare questi processi e forniscono una base per una comprensione più approfondita della loro funzione nel controllo della funzionalità dell'OE e dell'OB