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dc.contributor.authorSchlenz, Heike
dc.date.accessioned2023-03-16T20:08:25Z
dc.date.available2011-12-08T10:28:50Z
dc.date.available2023-03-16T20:08:25Z
dc.date.issued2011
dc.identifier.isbn978-3-8359-5836-4
dc.identifier.urihttp://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:hebis:26-opus-84598
dc.identifier.urihttps://jlupub.ub.uni-giessen.de//handle/jlupub/14353
dc.identifier.urihttp://dx.doi.org/10.22029/jlupub-13735
dc.description.abstractDer bedeutendste neurogene Bronchokonstriktor ist Azetylcholin. Es wird vonparasympathischen Nervenfasern ausgeschüttet und wirkt über die muskarinergenRezeptorsubtypen M2R und M3R auf die glatten Muskelzellen der Atemwegewährend die Azetylcholin-Ausschüttung gleichzeitig über den präsynaptischen M2Rgehemmt wird. Ein weiterer bronchokonstriktorischer Neurotransmitter ist Serotonin(5-HT), das im Rahmen von allergischen und entzündlichen Reaktionen zusätzlichvon Mastzellen, Thrombozyten und neuroendokrinen Zellen des Respirationstraktsfreigesetzt wird. Aus der Muskulatur von Herz und Harnblase und verschiedenenanderen Zelltypen sind strukturelle bzw. funktionelle Verbindungen sowohl dermuskarinergen als auch der serotoninergen Rezeptoren mit Caveolin-1 und -3(Cav-1, Cav-3), den Strukturproteinen der Caveolae, bekannt. Caveolae sindcholesterolreiche, Ω-förmige Einstülpungen der Plasmamembran. Innerhalb derCaveolae befinden sich neben G-Protein-gekoppelten Rezeptoren, darunterMuskarin- und 5-HT-Rezeptoren, auch Ansammlungen verschiedener sekundärerSignalmoleküle, die an der Regulation des Ca2+-Haushalts und der Kontraktilität derAtemwegsmuskulatur beteiligt sind. In Anbetracht dessen wurde untersucht, ob diecholinerge und serotoninerge Bronchokonstriktion an Caveolae gekoppelt ist und denCaveolinen eine Schlüsselrolle bei der Regulation der Atemwegskonstriktionzukommt.Um dieser Frage nachzugehen, wurde zunächst das Vorkommen von Cav-1 in derAtemwegsmuskulatur intrapulmonaler Bronchien der Maus auf mRNA-Ebene mittelslaserassistierter Mikrodissektion mit anschließender RT-PCR-Analyse und aufProteinebene mittels Western Blot und Immunhistochemie in Atemwegen der Mausund des Menschen bestätigt und erstmals das Vorkommen von Cav-3 aufgezeigt.Für die nähere Bestimmung der molekularen Zusammensetzung der Caveolaewurden die Protein-Protein-Assoziationen von Cav-1, Cav-3 und M2R in situ inmurinen Gewebeschnitten mittels indirekter Doppelimmunhistochemie kombiniert mitFRET-CLSM-Analyse untersucht. In der Bronchialmuskulatur wurde so eineAssoziation von Cav-1 und Cav-3 nachgewiesen. Darüber hinaus wurden für Cav-1und Cav-3 im Western Blot homo- und heterooligomere Komplexe detektiert, die fürdie Ausbildung von Caveolae essenziell sind. ElektronenmikroskopischeUntersuchungen zum Vorkommen von Caveolae in der Bronchialmuskulatur vonWildtyp- und Cav-1-defizienten Mäusen zeigten außerdem eine verringerte Anzahlan Caveolae in Cav-1-defizienten Mäusen. Demnach sind sowohl Cav-1 als auchCav-3 in der Bronchialmuskulatur an der Bildung von Caveolae beteiligt, wobei Cav-1höchstwahrscheinlich eine größere Rolle zukommt.Die funktionelle Bedeutung der Caveolae/Caveoline für die Bronchokonstriktionwurde in lebenden Lungenschnitten von Wildtyp-, M2R-, M3R- und Cav-1-defizientenMäusen vor und nach Zerstörung der Caveolae durch Cholesterolextraktionaufgeklärt. Mittels Elektronenmikroskopie wurde die Effizienz des Cholesterolentzugsbestätigt. Intakte Caveolae waren für die M2R- und M3R-vermittelteBronchokonstriktion essenziell. Interessanterweise zeigten Cav-1-defiziente Mäuseim Vergleich zum Wildtyp eine unveränderte Reaktion. Dies deutet auf einefunktionelle Kopplung der muskarinergen Bronchokonstriktion an Cav-3 hin. Diesunterstützend wurde in der Bronchialmuskulatur mittels FRET-CLSM-Analyse eineAssoziation des M2R mit Cav-3 detektiert, nicht jedoch mit Cav-1. In Anbetracht derAbhängigkeit der muskarinergen Bronchokonstriktion von intakten Caveolaeerscheint eine Verankerung des M2R in den Caveolae mittels Cav-3 für dieInitiierung der M2R-vermittelten Bronchokonstriktion essenziell. Der endgültigeBeweis muss in nachfolgenden Studien an Cav-3-defizienten Mäusen erbrachtwerden.Weiterhin wurde eine Cav-1-Abhängigkeit der serotoninergen Bronchokonstriktionnur bei maximaler Stimulation durch 5-HT festgestellt. Dies deutet auf eineBeteiligung mehrerer Subtypen von 5HT-Rezeptoren mit unterschiedlicher Cav-1-Abhängigkeit hin.Die hier gewonnenen Erkenntnisse, dass die Muskarin- und 5-HT-Rezeptoren in denGlattmuskelzellen der Atemwege an Caveolae/Caveoline gekoppelt sind, bieten eineGrundlage für mögliche pharmakologische Ansätze für die Behandlung obstruktiverAtemwegserkrankungen wie COPD und Asthma. Dabei auf Cav-1-abhängigeSignalwege abzuzielen, würde die allergische serotoninerge, nicht aber diecholinerge Bronchokonstriktion direkt beeinflussen.de_DE
dc.description.abstractAcetylcholine is the most important neurogenic bronchoconstrictor. It is released byparasympathetic neurons and acts on airway smooth muscle cells via muscarinicreceptor subtypes M2R and M3R. At the same time further acetylcholine release isinhibited via presynaptic M2R. Another neurotransmitter that inducesbronchoconstriction is serotonin (5-HT). During allergic and inflammatory processes itis also released by mast cells, platelets and neuroendocrine cells of the respiratorytract. In various cell types, including cardiac myocytes and urinary bladder smoothmuscle cells, muscarine and 5-HT receptors are linked to caveolin-1 and -3 (cav-1,cav-3), the structural proteins of caveolae. Caveolae are cholesterol-rich, Ω-shapedinvaginations of the plasma membrane. They provide a scaffold for multiple G-proteinreceptors, including muscarine and 5-HT receptors, and signalling moleculesinvolved in Ca2+-homeostasis and contractility of airway smooth muscle cells. Hence,we hypothesized that cholinergic and serotonergic bronchoconstriction are coupled tocaveolae with caveolins playing a key role in the regulation of airway constriction.To address this issue we confirmed the presence of cav-1 in murine intrapulmonarybronchial smooth muscle on mRNA-level by laser-assisted microdissection withsubsequent RT-PCR-analysis and on protein level by Western Blot analysis andimmunohistochemistry in murine and human airways, and identified cav-3 as a novelcaveolar protein here. For further investigation of the molecular composition ofcaveolae protein-protein associations between cav-1, cav-3 and M2R weredetermined in situ by FRET-CLSM-analysis in immunolabeled murine lung sections.Thereby, an association between cav-1 and cav-3 was discovered in bronchialsmooth muscle. Furthermore, caveolin homo- and heterooligomeric complexes thatare essential for the formation of caveolae were detected in Western Blot. Moreover,a decrease in the number of caveolae was found in bronchial smooth muscle fromcav-1-deficient mice in comparison to wildtype mice by electron microscopy,demonstrating the involvement of both caveolin isoforms in caveolae formation withcav-1 probably playing the major role.The functional impact of caveolae/caveolins for bronchoconstriction was elucidatedby recording bronchial constriction responses in living lung slice preparations fromwildtype, M2R-, M3R- and cav-1-deficient mice before and after caveolae disruptionby cholesterol extraction. Electron microscopy was used to validate the efficiency ofcholesterol extraction. Functionally, M2R- and M3R-mediated bronchoconstrictionwere dependent on intact caveolae. Interestingly, cav-1-deficient mice showed anunchanged response compared to wildtype mice, pointing to a functional coupling ofmuscarinic bronchoconstriction to cav-3. In line with this, FRET-CLSM-analysisrevealed an association of the M2R with cav-3, but not with cav-1. Considering thedependency of muscarinic bronchoconstriction on intact caveolae one can assumethat an anchorage of M2R in caveolae via cav-3 might be essential for the initiation ofM2R-mediated bronchoconstriction. However, further functional studies with cav-3-deficient mice are necessary to prove this.Besides, a cav-1 dependency of serotonergic bronchoconstriction was detected onlyat maximal stimulation by 5-HT, suggesting an involvement of various 5-HT receptorsubtypes with different cav-1 dependencies.Regarding the coupling of muscarine and 5-HT receptors to caveolae/caveolins inairway smooth muscle these findings provide novel basic knowledge that might bevaluable for pharmacological targeting and treatment of obstructive airway diseaseslike COPD and asthma. Addressing cav-1-dependent signalling pathways may targetallergic serotonin-induced but not cholinergic bronchoconstriction.en
dc.language.isode_DEde_DE
dc.rightsIn Copyright*
dc.rights.urihttp://rightsstatements.org/page/InC/1.0/*
dc.subject.ddcddc:610de_DE
dc.titleUntersuchungen zur Funktion von Caveolinen in den unteren Atemwegende_DE
dc.typedoctoralThesisde_DE
dcterms.dateAccepted2011-10-28
local.affiliationFB 11 - Medizinde_DE
thesis.levelthesis.doctoralde_DE
local.opus.id8459
local.opus.instituteInstitut für Anatomie und Zellbiologiede_DE
local.opus.fachgebietMedizinde_DE
local.source.freetextGiessen : VVB Laufersweilerde_DE


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