Die cholinerge chemosensitive Bürstenzelle im Urogenitaltrakt

Abstract

Chemosensitive Bürstenzellen detektieren als Wächter der oberen Atemwege freigesetzte Bestandteile eingedrungener Mikroorganismen über Geschmacksrezeptoren, Gustducin, PLCbeta2 und TRPM5 - Komponenten der kanonischen Signaltransduktionskaskade -, die in geschmacksrezeptiven Zellen der Zunge die Transduktion der Geschmacksmodalitäten bitter und umami vermitteln. Die chemosensitive Bürstenzelle der oberen Atemwege ist cholinerg und setzt bei Stimulation Acetylcholin frei, was bei Mäusen über die Erregung cholinozeptiver vagaler Afferenzen zur Reduktion der Atemfrequenz führt. Da auch die Urethra eine potenzielle Eintrittspforte für Mikroorganismen darstellt, wurde das Vorkommen dieser Zelle in der Urethra antizipiert und in der vorliegenden Arbeit an transgenen Mäusen, die eGFP unter Kontrolle der Promotorsequenz der ChAT exprimieren, mittels einfacher indirekter und Doppelimmunfluoreszenz untersucht. Solitäre cholinerge Zellen sind in der murinen Urethra und PUDAG beider Geschlechter sowie im Gangepithel akzessorischer Geschlechtsdrüsen beim Männchen nachweisbar. Sie exprimieren den Bürstenzellmarker Villin und sind nicht immunreaktiv mit PGP-, CgA- und 5-HT-Antiseren, wodurch sie von den bereits bekannten urethralen neuroendokrinen Zellen abgrenzbar sind. Doppelmarkierungen mit Anti-eGFP- und Anti-Gustducin, Anti-PLCbeta2- bzw. Anti-TRPM5-Antiseren zeigen, dass bis zu 47% der Zellen cholinerg und Gustducin-positiv, 27-59% cholinerg und PLCbeta2-positiv und 70-100% cholinerg und TRPM5-positiv sind. Aus diesem Immunprofil lässt sich die Existenz mehrerer Subpopulationen der urethralen Bürstenzelle ableiten. Eine weitere Subpopulation der Villin-positiven Zellen ist zudem nicht cholinerg. Diese neu entdeckten Zellen könnten eine Funktion bei der Detektion von Bestandteilen in die Urethra eindringender Mikroorganismen wahrnehmen und über die Freisetzung von Acetylcholin den Miktionsreflex zur Ausschwemmung potenzieller Krankheitserreger auslösen. Parallel zum Äquivalent in den oberen Atemwegen würde dieser urethralen chemosensitiven Bürstenzelle eine Monitorfunktion im Harntrakt zukommen. Fortführende Arbeiten bekräftigen diese Hypothese, da sie zeigen konnten, dass urethrale Bürstenzellen auf mRNA- und Proteinlevel die Geschmacksrezeptoren Tas1R1, Tas1R3 und Tas2R105 exprimieren, durch bittere und Umami-Substanzen stimulierbar sind, in enger Nachbarschaft zu cholinozeptiven Nervenfasern liegen und infolge ihrer Stimulation eine erhöhte Aktivität des Musculus detrusor vesicae verzeichnet werden kann. Chemosensory brush cells serve as sentinels of the upper airways by detecting hazardous substances produced by microorganisms. Chemoreception is effected via molecular components of the umami and bitter taste transduction cascade, taste receptors, gustducin, PLCbeta2 and TRPM5, known from receptor (Type I) cells of taste buds. The chemosensory brush cell in the upper airways is cholinergic and releases acetylcholine upon stimulation thereby eliciting stimulatory effects on cholinoreceptive vagal sensory nerve fibres which leads to a reduction of the breathing frequency in mice. As the urethra constitutes a possible entry site for hazardous microorganisms, the existence of chemosensory cells was hypothesized at this place, too. To address this issue, the urogenital tract of transgenic mice expressing eGFP under the control of the ChAT promotor was examined by means of single- and double-labelling immunohistochemistry. Solitary cholinergic epithelial cells were observed in the urethra and excretory ducts of paraurethral glands in male and female mice as well as in excretory ducts of the accessory sex glands in males. They are immunoreactive for the brush cell marker villin and differ from the already known urethral neuroendocrine cells as they are not immunoreactive with PGP-, CgA- and 5-HT-antisera. Double-labelling with antibodies against eGFP and gustducin, PLCbeta2 and TRPM5, respectively, revealed up to 47% of cholinergic gustducin-positive cells, 27-59% of cholinergic PLCbeta2-positive and 70-100% of cholinergic TRPM5-positive cells. These immunohistochemical patterns imply the existence of more than one subtype of the urethral chemosensory cell. Further, there is a subpopulation of villin-positive cells not expressing ChAT and, therefore, not being cholinergic. The cholinergic chemosensory cell may serve as a sentinel monitoring harmful substances secreted by microorganisms colonizing the urogenital tract. By triggering of the micturition reflex via release of acetylcholine, potential pathogens would be washed out to prevent further retrograde ingression. This hypothesis proved itself well-founded by following studies showing that urethral brush cells express the taste receptors Tas1R1, Tas1R3 and Tas2R105 on mRNA and protein level, react to stimulation by bitter and umami substances, are approached by sensory cholinoreceptive nerve fibres and increase contractions of the bladder detrusor muscle upon stimulation.