Der nicht-selektive Kationenkanal am Kolon der Ratte : Charakterisierung, Regulation und Interaktion mit dem Na + /Ca 2+ -Austauscher

Abstract

Die Entleerung intrazellulärer Ca2+ -Speicher führt am distalen Kolon der Ratte zur Aktivierung einer für Ca2+ und für Na+ passierbaren Kationenleitfähigkeit. Diese Abläufe bewirken indirekt über die Erhöhung des intrazellulären Ca2+ -Spiegels eine Cl- -Sekretion in das Darmlumen. Die Passage-Eigenschaften des Kationenkanals für monovalente und divalente Kationen wurden mit Hilfe der Patch-Clamp-Technik an isolierten Krypten untersucht. Nach Stimulation der Leitfähigkeit durch eine Speicherentleerung führten die monovalenten Kationen zur Zunahme des Einwärtsstroms, sie permeierten mit der Sequenz Cs+ > Na+ = Li+ und charakterisierten den Kationenkanal als nicht-selektiv. Im Gegensatz zu Na+ ist Ca2+ nicht nur in der Lage den nicht-selektiven Kationenkanal (NSKK) zu passieren, es bewirkt in höheren Konzentrationen zusätzlich eine Hemmung seines eigenen Einstroms. Die divalenten Kationen Ca2+, Mg2+, Ba2+ und Sr2+ führten in einer Konzentration von 10 mmol.l-1 ausnahmslos zu einer Reduktion des Na+ -getragenen Einwärtsstroms. Sie zeigten allerdings einen unterschiedlich ausgeprägten Hemmeffekt auf den NSKK: Ca2+ = Mg2+ = Ba2+ = Sr2+. Der Kopplungsmechanismus zwischen Speicherentleerung und Aktivierung des NSKK ist unklar; evtl. ist Stickstoffmonoxid (NO) daran beteilgt. GEA 3162, ein lipophiler NO-Donor, führte in Fura-2-Studien an isolierten Krypten zu einem Anstieg der intrazellulären Ca2+ -Konzentration ([Ca2+]i), infolge eines Ca2+ -Einstroms aus dem Extrazellulärraum, der in Patch-Clamp-Untersuchungen mit einer Aktivierung des NSKK korrelierte. Jedoch konnte in Ussingkammer-Versuchen eine Carbachol-induzierte Speicherentleerung mit einhergehender Aktivierung des NSKK nicht durch NO-Synthase-Hemmer beeinflusst werden. Demzufolge ist NO nicht der erhoffte Vermittler in der Kommunikation von Speicher mit Speicher-gesteuertem Kanal, sondern induziert einen parallelen Mechanismus, der zur Aktivierung des NSKK führt und unabhängig von der Entleerung intrazellulärer Ca+ -Speicher agiert. Fura-2-Untersuchungen demonstrierten, dass eine Substitution des extrazellulären Na+ durch das impermeable N-Methyl-D-Glucamin (NMDG+) zu einem deutlichen Anstieg der [Ca2+]i führte, der durch einen Blocker des Na+/Ca2+ -Austauschers, Dichlorobenzamil (DCB), unterdrü ckt wurde. Dies spricht für die Expression eines Na+/Ca2+ -Austauschers am Kolonepithel der Ratte. In Ussingkammer-Studien fü hrte DCB in der Mehrzahl der untersuchten Gewebe zu einer Zunahme der Cl- -Sekretion aufgrund der Akkumulation von Ca2+ im Zytoplasma, was auf die basale Funktion des Austauschers als Ca2+ -Ausschleusungstransporter deutet. Die Applikation von DCB während der Stimulation der Ca2+ -abhängigen Cl- -Sekretion durch Carbachol zeigte jedoch keine Wirkung mehr. Dies weist auf eine Abschaltung des Na+/Ca2+ -Austauschers parallel zur Aktivierung des NSKK hin. Vermutlich dient der Einstrom von Na+ über den NSKK der Triebkraftreduzierung für die Ausschleusung von Ca2+ über den Austauscher und unterstützt dadurch die Anhebung der [Ca2+]i während der Sekretion.