Lokalisation und Expression von Komponenten des cholinergen Systems im unbehandelten und entzündeten Hoden der Ratte

Abstract

Acetylcholin ist seit langem als klassischer Neurotransmitter bekannt. Neben seiner Rolle im zentralen und peripheren Nervensystem wird ACh aber auch von einer Vielzahl non-neuronaler Zellen synthetisiert und freigesetzt. Deshalb wird vermutet, dass es eine auto-/ parakrine Funktion in non-neuronalem Gewebe übernimmt. Der Nachweis von ACh im Hodenparenchym der Ratte (3.61 ± 1.32 pmol/mg Protein in immaturen Ratten, 3068.3 ± 764.94 pmol/mg Protein in adulten Ratten) in Kombination mit einer fehlenden Innervation deutet auf einen non-neuronalen Ursprung hin. Diese Tatsache sowie die erniedrigte Konzentration von ACh in experimenteller Autoimmunorchitis (EAO) gaben Anlass die Expression der ACh synthetisierenden und freisetzenden Enzyme und Transporter in isolierten testikulären Zellen sowie EAO-Proben mithilfe von RT-PCR und Immunfluoreszenz zu untersuchen. Sowohl die Cholinacetyltransferase (ChAT) als auch der hochaffine Cholintransporter (ChT1) wurden besonders in Pachytän-Spermatozyten, runden Spermatiden und Residualkörperchen exprimiert. Interessanterweise konnte ChAT weder in frühen Keimzellstadien noch Spermatogonien und nur sehr schwach in interstitiellen Zellen nachgewiesen werden. ChT1 zeigte eine geringe Expression in Leydig-, Peritubulär-, Sertoli-Zellen und Spermatogonien, wohingegen Blutgefäße für ChAT immunfluoreszenzmikroskopisch stark angefärbt waren. Der vesikuläre Acetylcholin-Transporter (VAChT) wurde ausschließlich in isolierten Pachytän-Spermatozyten und runden Spermatiden gefunden. Immunfluoreszenzmikroskopisch zeigten nur Leydig-Zellen eine starke Anfärbung für die organischen Kationentransporter 2 und 3 (OCT), während die mRNA Expression in Pachytän-Spermatozyten, runden Spermatiden und Residualkörperchen (OCT2) sowie Spermatogonien (OCT3) vorhanden war. Die nikotinische Acetylcholinrezeptoruntereinheit alpha7 konnte nicht in runden Spermatiden und Residualkörperchen nachgewiesen werden. nAChR7 wird mäßig in Leydig-, Peritubulär-, Sertoli-Zellen, Spermatogonien und stärker in Pachytän-Spermatozyten exprimiert. Im Gegensatz zu Untersuchungsergebnissen in anderen chronisch entzündlichen Erkrankungen wie atopischer Dermatitis oder Psoriasis, konnte im Hoden von EAO Ratten eine Abnahme der Expression von ChAT, ChT1, VAChT und OCT2 beobachtet werden. Acetylcholine has long been known as a classical neurotransmitter. Besides its role in the central and peripheral nervous system ACh is also synthesized and released by a large number of non-neuronal cells suggesting an autocrine/paracrine role in non-neuronal tissues. The presence of ACh in rat testicular parenchyma (3.61 ± 1.32 pmol/mg protein in immature rats, 3068.3 ± 764.94 pmol/mg protein in adult rats) with a concomitant lack of innervation indicates a non-neuronal origin. This together with a reduced concentration of ACh in experimental autoimmune orchitis (EAO) prompted us to investigate the expression profile of the ACh synthesizing and release machinery in isolated testicular cells and EAO samples using RT-PCR and immunofluorescence. Choline acetyltransferase (ChAT) and choline transporter (ChT1) showed high expression levels in pachytene spermatocytes, round spermatids and residual bodies. Interestingly, there was no evidence of ChAT in early germ cell stages, spermatogonia, and only faint expression of ChAT mRNA in interstitial cells. For ChT1, a constant low expression level was detected in Leydig cells, peritubular cells, Sertoli cells and spermatogonia, whereas blood vessels stained strongly positive for ChAT. The vesicular acetylcholine transporter (VAChT) was found exclusively in isolated pachytene spermatocytes and round spermatids. Immunofluorescence localization of organic cation transporter 2 and 3 (OCT) showed strong staining only in Leydig cells, whereas the mRNA expression levels were more pronounced in pachytene spermatocytes, round spermatids and residual bodies (OCT2) as well as in spermatogonia (OCT3). Alpha7, a nicotinic acetylcholine receptor (nAChR) subunit, was not detectable in round spermatids and residual bodies. Expression was moderate in Leydig cells, peritubular cells, Sertoli cells, spermatogonia and increased in pachytene spermatocytes. In contrast to findings in other chronic inflammatory diseases such as atopic dermatitis or psoriasis, a decrease of the expression of ChAT, ChT1, VAChT and OCT2 was observed in total testis extracts of EAO rats.