Die Expression, Lokalisation und Regulation der "glial cell line derived neurotrophic factors" (GFLs) bei allergischer Atemwegsentzündung in der Maus

Abstract

Viele Umweltirritantien, die TRP-Rezeptoren aktivieren, wie Ozon, kalte und warme Luft und Zigarettenrauch, können, genauso wie die Aktivierung der TRPV1-exprimierenden C-Faserneuronen, Asthmaanfälle auslösen. Daher wurde spekuliert, dass eine veränderte Funktion der TRP-Kanäle die Reizbarkeit dieser sensiblen Neurone beeinflusst. Die meisten Perikarya bronchopulmonaler C-Faserneurone sind in den beiden vagalen sensiblen Ganglien lokalisiert und coexprimieren TRPV1 und den GDNF-Rezeptor GFRalpha1. Die Rezeptoren für Neurturin, Artemin und Persephin, GFRalpha2-4, werden ebenfalls im Ggl. jugulare/nodosum exprimiert. Wir vermuteten daher, dass eine veränderte Funktion und/oder Expression der GFLs bei einer allergischen Atemwegsentzündung zu einer Beeinflussung der bronchopulmonalen C-Faserneurone und der auf ihnen exprimierten TRP-Rezeptoren führt, mit der Folge einer verstärkten Atemwegshyperreagibilität. PCR-Versuche, die zur Untersuchung der Hypothese durchgeführt wurden, zeigten eine konstitutive Expression aller 4 GFLs in Lungen und Tracheen der Maus. Zudem konnte in RT-PCRs von Proben, die durch die laserassistierte Mikrodissektion gewonnen wurden, Artemin-mRNA vor allem in Trachealmuskulatur und epithel sowie im Gesamtbronchus und GDNF-mRNA vornehmlich in den Alveolen nachgewiesen werden. Immunhistochemisch wurden die GFLs vor allem in den Atemwegsepithelien detektiert. Um zu untersuchen, ob die GFL-Expression bei einer allergischen Atemwegsentzündung verändert ist, verwendeten wir ein murines Modell der allergischen Atemwegsentzündung. Quantitative RT-PCR-Versuche zeigten eine Herabregulation der GDNF- und Neurturin-mRNA-Expression und eine Tendenz zur Hochregulation der Artemin-mRNA-Expression in den Atemwegen von Mäusen mit allergischer Atemwegsinflammation. Westernblotversuche bestätigten die Proteinsynthese von Artemin und GDNF in den Atemwegen, detektierten jedoch keinen Unterschied zwischen den Protein-Konzentrationen der Lungen mit und ohne Atemwegsinflammation. Zur Untersuchung der funktionellen Konsequenzen einer veränderten GFL-Expression wurden Calcium-Imaging-Versuche durchgeführt. Diese Experimente zeigten, dass die Inkubation von Neuronen des Ggl. nodosum mit GDNF zu einer signifikanten Reduktion des Anteils Capsaicin-reaktiver Neurone führte, während die Inkubation von Neuronen des Ggl. jugulare mit Artemin zu einem erhöhten Anteil TRPA1-exprimierenden C-Faserneurone führte. Die Amplitude des Calciumanstiegs nach einer Capsaicingabe wurde zudem durch GDNF reduziert, während Artemin sie erhöhte. Zusammenfassend zeigen unsere Daten, dass die erhöhte Sensibilität der bronchopulmonalen C-Faserneurone, die möglicherweise zu einer gesteigerten Atemwegshyperreagibilität beiträgt, durch die fehlende GDNF-abhängige Inhibition und eine verstärkte Artemin-abhängige Förderung der Aktivität von TRPV1-Kanälen begründet werden könnte.

Many environmental irritants, that can activate TRP-channel family members, including ozone, hot and cold air and cigarette smoke, can lead to asthma attacks. These attacks can also be caused by the activation of TRPV1-expressing C-fibres. Therefore, it has been speculated, that an altered function of TRP-channels affects the enhanced excitability of these sensory neurons. The majority of the perikarya from bronchopulmonary C-fibers are located in the vagal sensory ganglia and co-expresses TRPV1 and GFRalpha1, the receptor for GDNF. The receptors for neurturin, artemin and persephin, GFRalpha2-4, are also expressed on the jugular-nodose ganglion. We, therefore, hypothesized, that an altered function and/or expression of the GFLs in mice with an allergic airway inflammation, contributes to an alteration of bronchopulmonary C-fibers and the TRP-receptors they express, leading to the consequence of an increased airway hyperresponsiveness.PCR-experiments, that were performed to test this hypothesis, demonstrated that all 4 GFLs are constitutively expressed in lung and trachea of mice. RT-PCR analysis in samples collected by laser-assisted microdissection showed artemin-mRNA primarily in airway smooth muscle and -epithelium as well as in bronchi, and GDNF-mRNA mainly in alveoli. Immunohistochemistry detected the GFLs mainly in airway epithelium. To investigate, if the GFL-expression is altered by an allergic airway inflammation, we used a murine model of allergic airway inflammation.Quantitative RT-PCR-results showed a decreased GDNF- and neurturin-mRNA-expression and a tendency for an increased artemin-mRNA-expression in airways of mice suffering from airway inflammation. Western blots confirmed the synthesis of artemin and GDNF in the airways, but the semiquantitative analysis did not detect a difference in the protein concentrations of healthy lungs and lungs with airway inflammation. To explore the functional consequences of an altered GFL-expression, calcium imaging experiments were performed. These experiments showed, that the incubation of neurons from the nodose ganglion with GDNF caused a significant decrease in the percentage of capsaicin-responsive neurons, while an incubation of neurons from the jugular ganglion with artemin caused a significant increase in the percentage of TRPA1-expressing neurons. The amplitude of the rise in intracellular calcium induced by capsaicin was reduced by GDNF while artemin increased it. In conclusion, our data show that the enhanced excitability of bronchopulmonary C-fibres that may contribute to an increased airway hyperresponsiveness might be linked to a loss of GDNF-dependent inhibition and an increase in artemin-dependent promotion of TRPV1-activity.