Aktivierung von spannungsunabhängigen, calciumabhängigen Kaliumkanälen durch die Entzündungsmediatoren Bradykinin, Histamin und Wasserstoffperoxid in Mäusefibroblasten

Abstract

In der vorliegenden Arbeit konnte erstmalig gezeigt werden, dass die Entzündungs-mediatoren Bradykinin aus der Stoffklasse der Kinine, Histamin aus der Stoffklasse der biogenen Amine und Wasserstoffperoxid (H2O2) aus der Stoffklasse der reaktiven Sauerstoffverbindungen in NIH-3T3-Mäusefibroblasten zu einer transienten Aktivierung eines spannungsunabhängigen, Ca2+-abhängigen Kaliumstroms führen. Der induzierte Kaliumstrom ging jeweils mit einer deutlichen Hyperpolarisation der Zellen einher und ließ sich durch die Peptidtoxine Charybdotoxin, Margatoxin und Iberiotoxin in nanomolaren Konzentrationen vollständig blockieren. Ein durch Bradykinin aktivierbarer Kaliumstrom konnte auch in Baby-Hamster-Kidney (BHK)-Zellen nachgewiesen werden. Ein Kaliumstrom mit diesem elektrophysiologischen und pharmakologischen Profil wird auch durch die Phospholipide Lysophosphatid-säure (LPA) und Sphingosin-1-Phosphat aktiviert. Weiterhin besteht eine große elektrophysiologische und pharmakologische Ähnlichkeit zum humanen und murinen SK4-Kaliumkanaltyp. Daher liegt die Vermutung nahe, dass dem durch Entzün-dungsmediatoren induzierten Kaliumstrom dieser Kaliumkanaltyp zugrunde liegt. Die Bradykinin- und Histamin-induzierten Kaliumströme erreichten bereits innerhalb der ersten Minute nach Applikation ihr Maximum und inaktivierten innerhalb von 1 bis 2 Minuten nach Erreichen des Maximums vollständig. Im Gegensatz hierzu zeigte die H2O2-induzierte Kaliumstromaktivierung einen über etwa 15 Minuten andauernden Inaktivierungsprozess. In der vorliegenden Arbeit konnte auch gezeigt werden, dass NIH-3T3-Zellen auf die sequentielle Applikation von Entzündungsmediatoren verschiedener Stoffklassen mit einer sequentiellen Membranstromaktivierung reagieren, wobei die jeweiligen Membranstromamplituden sich nicht signifikant unterschieden. Weiterhin wurde die Kaliumstrom-Aktivierbarkeit bei NIH-3T3-Zellen untersucht, die unter sauren Zellkulturbedingungen kultiviert oder die vor den elektrophysiologischen Messungen in saurer Extrazellulärlösung gehalten worden waren, das heißt, bei pH-Werten, wie sie auch im entzündeten Gewebe vorkommen. Dabei zeigte sich, dass die Amplitude des LPA-induzierten Kaliumstroms jeweils signifikant reduziert war. Die vorliegenden Daten zeigen, dass die Aktivität von spannungsunabhängigen, Ca2+-abhängigen Kaliumkanälen durch Entzündungsmediatoren moduliert wird. In weiteren Untersuchungen muss nun die Bedeutung dieser Kaliumkanäle im Rahmen von Entzündungsprozessen geklärt werden. The present study shows for the first time that the inflammation mediators bradykinin of the substance group of kinins, histamine of the group of biogenous amines and hydrogen peroxide (H2O2) of the group of reactive oxygen molecules transiently activate a voltage-independent, Ca2+-dependent potassium current in NIH-3T3 mouse fibroblasts. The activated potassium current led to a large membrane hyperpolarisation and was completely blocked by the peptide toxins charybdotoxin, margatoxin and iberiotoxin in nanomolar concentrations. A similar potassium current was activated by bradykinin in baby-hamster-kidney (BHK-) cells. A potassium current with this electrophysiological and pharmacological profile is also activated by the phospholipids lysophosphatic acid (LPA) and sphingosine-1-phosphate. In addition, a considerable electrophysiological and pharmacological similarity exists to the human and murine SK4 potassium channel type. This indicates that the potassium current induced by inflammation mediators is carried by this potassium channel type. The potassium currents that were induced by bradykinin and histamine reached their maximal amplitude within the first minute after application. Complete inactivation occurred within 1 to 2 minutes after the maximum. In contrast, the H2O2-induced potassium current showed an inactivation process of more than 15 minutes. The present study also shows that in NIH-3T3-cells the sequential application of diverse inflammation mediators leads to a sequential membrane current activation, without significant differences in amplitudes. Furthermore, the activation of potassium currents was investigated in NIH-3T3 cells that were either kept under acidic cell culture conditions or transferred to acidic extracellular solution prior to the electrophysiological measurements, i. e. at pH values that exist in inflamed tissue. Under these conditions the amplitude of the LPA-induced potassium current was significantly reduced. The present data show that the activity of voltage-independent, Ca2+-dependent potassium channels is modulated by inflammation mediators. Further studies are now necessary to define the role of these potassium channels in the inflammation process.