Der Einfluss von Tumornekrosefaktor-alpha auf den ziliären Transport in der Trachea der Maus

Abstract

Die mukoziläre Clearance gehört zu den angeborenen Verteidigungsmechanismen der Atemwege. Sie schützt vor dem Eindringen von Pathogenen in den Organismus. Die ziliäre Tätigkeit des respiratorischen Epithels spielt die zentrale Schlüsselrolle in der Aufrechterhaltung der mukoziliären Clearance. Bakterien nutzen die Zilien als Angriffsziel, um in den Organismus einzudringen. Sie heften sich an die Flimmerepithelzellen an und behindern ein koordiniertes Schlagen der Zilien. Dies löst wiederum eine lokale Entzündungsreaktion des Gewebes aus. TNF-alpha ist der Hauptspieler in der Vermittlung der lokalen Entzündungsreaktion. Als eines der wichtigsten proinflammatorischen Zytokine übt es im Körper verschiedene Funktionen aus. Die vorliegende Arbeit untersuchte, ob TNF-alpha einen Einfluss auf den ziliären Transport in der Trachea der Maus ausübt. Mittels Messung der Partikeltransportgeschwindigkeit und der Zilienschlagfrequenz der murinen Trachea im wässrigen Medium konnte gezeigt werden, dass TNF-alpha mit einer Latenzzeit von circa vierzig bis sechzig Minuten eine Erhöhung sowohl der PTG als auch ZSF auslöst. Weiterhin zeigte die quantitative PCR, dass TNF-R1 und R2 in der Trachea exprimiert wird. Messungen der ZSF an TNF-R1-/- Mäusen zeigten, dass nach Ausschaltung des TNF-R1 diese Erhöhung nicht mehr nachweisbar ist. Um weitere mögliche Signalwege der TNF-alpha induzierten Erhöhung der PTG zu untersuchen, wurden Versuche mit NOS-Inhibitoren (L-NAME und L-NMMA), einem muskarinergen Rezeptor-Antagonist (Atropin) und einem 5-HT-Rezeptor-Antagonist (Methysergide) durchgeführt. Durch die Inhibition der NOS oder des muskarinergen Rezeptors wurde die beschleunigte PTG durch TNF-alpha nicht verhindert. TNF-alpha scheint über einen noch nicht bekannten Signalweg Serotonin-vermittelt den ziliären Transport zu aktivieren. Mastzellen und TNF-alpha beeinflussen die Funktion von Epithel im Entzündungsprozess. Mastzellen sind Träger von Serotonin in intrazellulären Granula. Aufgrund der Ergebnissen dieser Arbeit ist es sehr wahrscheinlich, dass TNF-alpha tracheale Mastzellen über TNF-R1 stimuliert und diese anschließend Serotonin freisetzen. In Folge davon wird die ziliäre Tätigkeit der murinen Trachea zu erhöht. The mucociliary clearance is part of the innate defense mechanism of the airways. It protects the organism against the invasion of pathogens. The ciliary action of the airway epithelium plays a key role in the maintenance of the mucociliary clearance. Bacteria stick to the cilia and constrict their coordinated beating. This causes a local inflammation of the tissue. TNF-alpha is a major player in the mediation of local inflammation and it acts as one of the main proinflammatory cytokine, which alters several functions in the body. This study examined if TNF-alpha influenced the ciliary transport in the murine trachea. By measuring the particle transport velocity (PTV) and ciliary beat frequency (CBF) in the murine trachea in liquid media I showed that TNF-alpha increases PTV and CBF with a latency of about forty up to sixty minutes. Furthermore quantitative PCR provided evidence that TNF-R1 and R2 are expressed in the murine trachea. Measurements in TNF-R1-/- mice revealed that the activation of CBF was almost completety suppressed. To examine further signaling pathways I applied in further experiments two different NOS-inhibitors, L-NAME or L-NMMA, or the muscarinic receptor antagonist Atropine or the 5HT receptor antagonist Methysergide. These experiments clearly demonstrated that the TNF-alpha mediated increase of the PTV or CBF was neither suppressed by the inhibition of NOS nor by the muscarinic receptor. However, TNF-alpha influences the ciliary transport in the murine trachea via a serotonin mediated pathway but with still unknown receptor subtype. Mast cells and TNF-alpha influence the epithelial function in acute inflammation. Mast cells are carrier of serotonine in granula. It is likely on the present results that TNF-alpha stimulates TNF-R1 receptors of tracheal mast cells which then release serotonine and causes the increase of ciliary activity.