Das non-neuronale cholinerge System des Kolons der Ratte
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Zusammenfassung
Acetylcholin ist nicht nur ein Neurotransmitter, sondern wird auch in einer Reihe von nicht-neuronalen Zellen, v. a. solchen mit Barriere- oder Abwehrfunktion, gefunden. Zum Beispiel wird das Schlüsselenzym für die Acetylcholinsynthese, die Cholinacetyltransferase (ChAT), bei verschiedenen Säugern vom Kolonepithel exprimiert. Diese Zellen setzen, bei mukosaler Stimulation durch Propionat, Acetylcholin nach basolateral frei. Propionat ist eine kurzkettige Fettsäure, die physiologischerweise im Dickdarmlumen durch die bakterielle Fermentation von Strukturkohlenhydraten gebildet wird. Die Folge der Acetylcholinfreisetzung ist die Auslösung einer Anionensekretion, die in Ussingkammer-Experimenten als Anstieg des Kurzschlussstroms (Isc) erfasst werden kann. Bislang ist unklar, wie Acetylcholin vom Kolonepithel gebildet und freigesetzt wird. Deshalb war ein Ziel dieser Arbeit, die Transporter und Enzyme des non-neuronalen cholinergen Systems am distalen Kolon der Ratte zu identifizieren und funktionell zu charakterisieren. Außerdem sollte der Frage nachgegangen werden, ob parakrin wirkendes Acetylcholin seine Effekte am Epithel nur über die bereits dort beschriebenen muskarinergen Rezeptoren entfaltet oder ob auch nikotinerge Rezeptoren daran beteiligt sind. Immunohistochemische Markierungen und RT-PCR Experimente zeigten die Expression des hochaffinen Cholintransporters (CHT1), der ChAT, der Carnitinacetyltransferase (CarAT), des vesikulären Acetylcholintransporters (VAChT) und der drei Isoformen der organischen Kationentransporter (OCT 1 - 3) im Kolonepithel der Ratte. Im Unterschied zur Blockade der ChAT mittels Bromoacetylcholin hatte eine Inhibition der CarAT mit Mildronat keine hemmende Wirkung auf den durch Propionat ausgelösten Anstieg des Isc, sodass davon ausgegangen werden kann, dass die Hauptsyntheseleistung für die Acetylcholinbildung durch die ChAT getragen wird. Obwohl die Expression des VAChT auf Protein- und mRNA-Ebene im Kolonepithel nachweisbar war, spielt dieser Transporter keine Rolle für die epitheliale Acetylcholinfreisetzung wie entsprechende Versuche mit Vesamicol, einem Inhibitor des VAChT belegen, wohingegen eine OCT- Blockade die epitheliale Acetylcholinfreisetzung hemmt. An Epithelzellen (isolierte Kolonkrypten von der Ratte und HT29/B6-Zellen), die mit dem Ca2+-sensitiven Farbstoff Fura-2 aufgeladen waren, zeigte sich, dass Propionat einen Anstieg der zytosolischen Ca2+ Konzentration hervorruft, der sich durch eine Kombination von Atropin und Hexamethonium hemmen ließ, während die Vorbehandlung nur mit Atropin oder nur mit Hexamethonium nicht oder deutlich schwächer wirksam war. Dies deutet auf eine Vermittlung des Effekts von parakrin freigesetztem Acetylcholin sowohl durch muskarinerge als auch durch nikotinerge Acetylcholinrezeptoren am Epithel hin. In der Tat konnte durch zwei verschiedene nikotinische Agonisten (DMPP, Nikotin) eine Tetrodotoxin-resistente Anionsekretion an der Kolonmukosa ausgelöst werden. Die Antwort ließ sich durch den nikotinergen Rezeptorantagonisten Hexamethonium unterdrücken. RT-PCR Experimente zeigten die Expression verschiedener Untereinheiten von nikotinergen Rezeptoren, nämlich α2, α4, α5, α6, α7, α10 und β4 im Kolonepithel. In Ussingkammer-Experimenten wurde die Wirkung des potentiell nikotinerg wirkenden Cholins auf den Ionentransport untersucht. Es stellt ein Endprodukt der Hydrolyse durch die Acetylcholinesterase dar, welche histochemisch am Kolonepithel nachweisbar war. Cholin induzierte eine konzentrationsabhängige, Tetrodotoxin resistente Chloridsekretion. Diese war hemmbar durch Atropin und M3 Rezeptorblocker (und weniger gut auch durch Blockade der M1 Rezeptoren), nicht jedoch durch Hexamethonium. Ähnliche Wirkungen zeigten Butyrylcholin und Propionylcholin, zwei weitere Ester von Cholin. Aufgrund einer hohen Konzentration kurzkettiger Fettsäuren im Kolon können die genannten Ester im Kolonepithel gebildet werden, da ChAT neben Acetyl-CoA auch Butyryl-CoA und Propionyl-CoA als Substrat akzeptiert. Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass die cholinerge Regulation des Ionentransports am Kolon, von der man bisher annahm, dass sie lediglich durch Acetylcholin aus Neuronen des Plexus submucosus, das dann an epitheliale muskarinerge Rezeptoren bindet, getragen wird, wesentlich komplexer ist als bisher bekannt.Verknüpfung zu Publikationen oder weiteren Datensätzen
Beschreibung
Anmerkungen
Erstpublikation in
Giessen : Laufersweiler