Morphologische Charakterisierung und ex vivo Funktionsuntersuchungen zum Einfluss des cholinergen Systems auf den ziliären Transport im Eileiter der Maus
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Zusammenfassung
Der Einfluss des cholinergen Systems auf die ziliäre Aktivität ist bereits an zilientragenden Epithelien der Trachea bzw. der Lunge eingehend untersucht worden. Im Gegensatz dazu ist nichts über eine regulatorische Funktion des cholinergen Systems auf die Zilien des Eileiterepithels bekannt. Ziel dieser Arbeit war es daher, einen Einfluss des cholinergen Systems auf die Zilienaktivität des Eileiters, besonders im Hinblick auf mögliche Auswirkungen auf den tubaren Transport, zu untersuchen. Da bis heute keine hoch selektiven Agonisten bzw. Antagonisten für die cholinergen Rezeptoren (mAChR und nAChR) bekannt sind, haben wir unsere funktionellen Studien an Muskarinrezeptor-Knockout-Mäusen der Untereinheiten M1, M3, M4 und M5 sowie an deren korrespondierenden C57Bl6 Wildtyp-Mäusen (verpaart und unverpaart) durchgeführt. Insgesamt wurden 107 Wildtyp- und 5 M1-/-, 4 M3-/-, 4 M4-/- sowie 5 M5-/- Mäuse untersucht. Die Funktionalität der Zilien wurde anhand eines neu etablierten digitalen videomikroskopischen Systems durch Messung der Partikeltransportgeschwindigkeit (PTG) sowie der Zilienschlagfrequenz (ZSF) unter Verwendung der Pharmaka ATP, Serotonin, Muskarinchlorid, Atropinsulfat und ACh untersucht. Der Vorteil des videomikroskopischen Analysesystems liegt in der Aufrechterhaltung des natürlichen Gewebeverbandes, so dass die Versuche unter Bedingungen durchgeführt werden konnten, die denen in vivo stark ähneln. Vergleichend zu der ziliären Aktivität im Eileiter wurden die PTG und die ZSF von Tracheaproben bestimmt. Korrelierend zu den funktionellen Untersuchungen wurden histomorphologische und rasterelektronenmikroskopische Untersuchungen in Abhängigkeit vom Zyklusstand und einer frühen Trächtigkeit durchgeführt. Der Eileiter der Maus weist segmentabhängig deutliche morphologische Unterschiede auf. So kann die Ampulla anhand der dominanten Anzahl an zilientragende Zellen, Longitudinalfalten und einer weniger stark ausgeprägten glatten Muskulatur leicht vom Isthmus, der durch eine sehr geringe Anzahl an zilientragenden Zellen, Querfalten und eine stark ausgeprägte glatte Muskulatur gekennzeichnet ist, unterschieden werden. Veränderungen der epithelialen Zusammensetzung und der sekretorischen Aktivität sind in Abhängigkeit des Zyklusstadiums bzw. einer frühen Trächtigkeit sehr gering. Die Anzahl zilientragender Zellen in der Ampulla ist während des Zyklus konstant und verringert sich signifikant an den ersten beiden Trächtigkeitstagen. Im Isthmus ist diese zyklusabhängig, mit einer erhöhten Anzahl im Östrus, jedoch trächtigkeitsunabhängig. Der Eileiter befindet sich, im Gegensatz zu dem der Haussäugetiere, zu keinem Zeitpunkt (Zyklus oder Trächtigkeit) in einer Ruhephase. Neutrale und saure Mukopolysaccharide können in allen Zyklusstadien und Trächtigkeitstagen nachgewiesen werden. Im Proöstrus wird nur eine geringe Menge an Mukopolysacchariden synthetisiert. Im Östrus wird im Bereich des Isthmus die höchste Menge an sauren Mukopolysacchariden nachgewiesen, im Metöstrus die geringste. Metöstrus, Diöstrus, Tag 1 und Tag 2 einer Trächtigkeit sind durch ein erhöhtes Auftreten von Stiftchenzellen in der Ampulla und durch stets apikal sowie intrazytoplasmatisch PAS- und Alcianblau-positives Material gekennzeichnet. Entsprechend der geringgradigen Veränderungen der Zellmorphologie während des Zyklus und der frühen Trächtigkeit kann in der Ampulla eine zyklus- und trächtigkeitsunabhängige sehr hohe basale PTG bestimmt werden, wohingegen im isoliertem Isthmus kein Partikeltransport stattfindet. Weiterhin besteht kein Unterschied zwischen den PTG von Wildtyp- und Muskarinrezeptor-Knockout-Mäusen. Dies deutet darauf hin, dass die basale ziliäre Aktivität des Eileiters der Maus weder hormonell noch durch das cholinerge System reguliert wird. Eine Veränderung der Zilienaktivität wird sowohl bei den Wildtyp- als auch bei den Muskarinrezeptor-Knockout-Mäusen ausschließlich durch die Zugabe von ATP erreicht. Dies spiegelt sich in einer geringen Senkung der PTG bzw. der ZSF wider. Da weder eine Veränderung der Zilienaktivität durch eine Gendefizienz bzw. durch die Zugabe von Agonisten bzw. Antagonisten des cholinergen Systems hervorgerufen werden kann, besitzt das cholinerge System keinen Einfluss auf die Zilienfunktion im Eileiter der Maus. Ein Vergleich der ziliären Aktivität von Eileiter und Trachea zeigt, dass die Zilien im Eileiter im Gegensatz zu denen der Trachea kontinuierlich auf einem hohen Niveau schlagen und nicht weiter stimuliert werden können. Im Gegensatz dazu können Zilien der Trachea ihre Schlagfrequenz unter ATP-Einfluss so erhöhen, dass diese der basalen ZSF im Eileiter entspricht und dadurch die basale PTG des Eileiters erreichen. Mit Hilfe der in dieser Arbeit vorgenommenen strukturellen und funktionellen Charakterisierung des Eileiters der Maus konnte gezeigt werden, dass die PTG und die ZSF auf zyklus- und trächtigkeitsunabhängig hohem Niveau verbleiben und somit eine effektive mukoziliäre Clearance des Eileiters gewährleisten. Im Hinblick auf den Gameten- und Embryonentransport spielt die ziliäre Aktivität gegenüber den Kontraktionen der glatten Muskulatur jedoch lediglich eine untergeordnete Rolle.Verknüpfung zu Publikationen oder weiteren Datensätzen
Beschreibung
Anmerkungen
Erstpublikation in
Giessen : VVB Laufersweiler 2009