Veränderungen der Expression von zweiporigen Kaliumkanälen und Dopaminrezeptoren unter septischen Bedingungen in der murinen Arteria mesenterica

Abstract

Zweiporige Kaliumkanäle (K2P-Kanäle) bestimmen das Ruhemembranpotenzial vieler Zelltypen. In der Arterienwand regulieren sie darüber hinaus den Gefäßwiderstand. Aufgrund ihrer Beeinflussbarkeit durch verschiedene humorale sowie metabolische Mediatoren, die auch während entzündlicher Prozesse vermehrt anfallen, können sie den Gefäßwiderstand auch während der Sepsis bestimmen. Inhomogene Veränderungen der Makro- und Mikrozirkulation sind verantwortlich für das in der Sepsis auftretende Organversagen. Die von der Mesenterialstrombahn abhängigen Organe sind in dieser Situation durch Vasokonstriktion, konsekutiver Hypoperfusion mit Hypoxie und Dysfunktion der Blut-Darm-Schranke gefährdet. Letztere kann eine bakterielle Translokation in das Gefäßsystem, sowie zusätzlichen Flüssigkeitsverlust in das umgebende Gewebe bedingen, was die Hämodynamik weiter beeinträchtigt. Mit dieser Studie soll untersucht werden, ob die Expression verschiedener K2P-Kanäle auf RNA- und Proteinebene, sowie Dopaminrezeptoren Typ 1 und 2 auf RNA-Ebene während der Sepsis und nach chirurgischem Trauma verändert wird. Die Wirkung von Dopamin zur Kreislauftherapie und vor allem zur Nierenprotektion war lange umstritten und zurzeit wird es nicht mehr generell in den Sepsisleitlinien empfohlen. Eine Veränderung an den Rezeptoren wird vermutet. Im Mausmodell einer polymikrobiellen Sepsis, ausgelöst durch die cecal ligation and puncture (CLP) Operation, wurden an den Tagen 0 (n=3), 2 (RNA: n=4; Protein: n=3), 5 (n=3) oder 8 (RNA: n=5; Protein: n=3) die Tiere euthanasiert. Eine sham-Gruppe bestand für Tag 2 post OP (n=3). RNA und Proteine der Arterien wurden mittels Real-Time-PCR und Westernblotverfahren untersucht. Die einfache Varianzanalyse ANOVA diente zur Bewertung der gewonnen Daten. Bei dem Kanal TASK 1 kommt es an Tag 2 in der CLP-, sowie in der sham-Gruppe zu einer ähnlich großen Herabregulation auf RNA- und Proteinebene. TREK 1-RNA wird nur an Tag 2 in der CLP-, nicht aber in der sham-Gruppe vermindert exprimiert. Die Proteinexpression von TREK 1 bleibt in diesem Modell unbeeinflusst. TASK 2 wird auf RNA-Ebene an Tag 2 in der CLP-Gruppe mehr als in der sham-Gruppe herabreguliert. TWIK 2-RNA scheint nicht beeinflusst zu sein. An Tag 8 erreichen alle Kanäle wieder mindestens ihr Ausgangsniveau. Der Dopamin-1-Rezeptor wird im Verlauf der Sepsis ausgehend von Tag 0, über Tag 2 bis auf seinen gegenüber Tag 0 signifankt erniedrigten Tiefstwert an Tag 5 herabreguliert und begünstigt so eine Vasokonstriktion. Der Dopamin-2-Rezeptor wird gleich an Tag 2 post CLP hingegen vermehrt exprimiert und würde so in Richtung Vasodilatation wirken. Die ebenfalls untersuchte und u.a. durch LPS und TNF-alpha induzierbare NOS wird heraufreguliert. Die ebenfalls durch TNF-alpha beeinflusste eNOS wird im Gegensatz zu iNOS herabreguliert. Dies spricht für eine hervorgerufene Entzündungsreaktion durch die CLP-Operation. Die gezeigten Veränderungen in den Expressionsmustern der vasoaktiven K2P-Kanäle könnten wichtige Faktoren für die reduzierte mesenteriale Perfusion während der Sepsis sein. Die Variation in Bezug auf das Expressionsverhalten der Dopaminrezeptoren kann eine Erklärung für das bereits vermutete und vom physiologischen Zustand abweichende, veränderte Wirkungsprofil des Dopamins seins.

The two-pored potassium channels (K2P-channels) set the resting membrane potential in many cell types. Due to their suggestibility by various metabolic and humoral mediators, which are also increased during inflammatory processes, they can also determine vascular resistance during sepsis. Inhomogeneous changes in the macro- and microcirculation are responsible for the occurring organ failure in sepsis. In this situation the organs dependent of the mesenterial blood flow are at risk due to vasoconstriction with consecutive hypoperfusion, hypoxia and dysfunction of the blood-intestinal barrier. The latter can cause bacterial translocation in the vascular system, as well as additional fluid loss into the surrounding tissue, which further affects the haemodynamics. This study investigated whether the expression of several K2P-channels at the level of RNA and protein, as well as dopamine-receptors type 1 and 2 changes only at the level of RNA during sepsis and after a surgical trauma. The effect of dopamine in haemodynamic therapy and especially for acute renal failure protection has long been controversially discussed and currently it is generally not recommended within the sepsis guidelines. A transformation of the receptors caused by inflammatory processes is suspected. In a murine model of polymicrobial sepsis, using the cecal ligation and puncture (CLP) method, mice have been euthanized on day 0 (n=3), 2 (RNA: n=4; protein: n=3), 5 (n=3) or 8 (RNA: n=5; protein: n=3) after sepsisinduction. RNA and proteins of the mesenteric arteries were examined by Real-time PCR and Westernblot-analysis. ANOVA was used to evaluate the data obtained. On day 2 a downregulation at the RNA- and protein-level for the channel TASK-1 in the CLP, as well as to a similar size in the sham-operated group occurred. TREK-1 RNA is expressed on a lower level only on day 2 in the CLP-group. It is not reduced in the sham-operated group. The protein expression of TREK-1 remains unaffected in this model. TASK-2 is down-regulated at the RNA-level on day 2 more in the CLP-group than in the sham-operated group. TWIK-2 RNA seems to be not affected. All investigated channels reach back at least their initial RNA-level until day 8. The postsynaptically located, activating G-protein-coupled dopamine-1-receptor is down-regulated in the course of sepsis. Starting on day 0 the expression declines over day 2 to its minimum on day 5, which is significantly different in comparison to day 0. Consequently a vasoconstriction is promoted. The presynaptically situated, inhibitory G-protein-coupled dopamine-2-receptor is straight on day 2 post CLP increased expressed and would act so in the direction of vasodilation. The also investigated iNOS, activated amongst others by LPS and TNF-alpha, is upregulated. In contrast to iNOS eNOS, which is also influenced by TNF-alpha, is downregulated. This argues for an induced inflammatory reaction caused by the CLP-operation. The changes shown in the expression patterns of the vasoactive K2P-channels could be important factors causing the reduced mesenteric perfusion during sepsis. The variation concerning to the expression of dopamine-receptors may provide an explanation for the already suspected and not physiologically acting, altered activity profile of dopamine.