Untersuchungen zur Funktion von Caveolinen in den unteren Atemwegen
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Zusammenfassung
Der 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.Verknüpfung zu Publikationen oder weiteren Datensätzen
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Anmerkungen
Erstpublikation in
Giessen : VVB Laufersweiler