Zelldifferenzierung und mukoziliärer Transport der Maus bei Gendefizienz der muskarinischen Rezeptoren M1, M2 und M3
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Zusammenfassung
Neuronales und non-neuronales Azetylcholin (ACh) vermittelt seine Wirkung über muskarinische Rezeptoren (MR). Es gibt bei Tier und Mensch 5 verschiedene MR Subtypen, M1-M5, die alle zur Familie der G-Protein-gekoppelten Rezeptoren gehören. Die Kopplung der MR an ihre bevorzugten G-Proteine löst die weitere Signalkaskade aus und moduliert zahlreiche zelluläre Prozesse. Der Interaktion zwischen ACh und den MR im non-neuronalen cholinergen System wird eine tragende Rolle bei der Zellproliferation, Differenzierung, Ausbildung von Zell-Zell-Kontakten und der ziliären Funktion zugewiesen. Dies erklärt die große klinische Bedeutung u.a. bei der Behandlung chronischer Atemwegserkrankungen. Während die spezifische Wirkung der MR vor allem an Neuronen, Herzmuskelzellen, Drüsenzellen und glatten Muskelzellen bekannt und ausführlich beschrieben ist, ist die spezifische Bedeutung der verschiedenen im respiratorischen Epithel vorkommenden MR noch weitgehend unbekannt. Das Ziel der Arbeit war das Erforschen der spezifischen Rolle der im Trachealepithel vorkommenden dominanten MR Subtypen M1, M2 und M3. Wegen der mangelnden Selektivität der vorhandenen Agonisten und Antagonisten konnten die bisher veröffentlichten pharmakologischen Untersuchungen die spezifische Rolle der einzelnen Subtypen nicht klären. In dieser Arbeit dienten als Versuchsmodell MR KO-Mäuse, die jeweils defizient für einen Rezeptorsubtyp sind. Bei diesen Tieren ist das jeweilige Gen zur Rezeptorbildung lebenslang ausgeschaltet, so dass gezielt auf die Wirkung der einzelnen Subtypen geschlossen werden kann. Die Tracheen der KO-Mäuse wurden morphologisch und funktionell im Vergleich zu ihrem korrespondierenden Wildtyp (WT)-Stamm untersucht. Veränderungen der Morphologie des Trachealepithels wurden auf immunhistochemischer, licht- und elektronenmikroskopischer Ebene bestimmt und die relative Anzahl der Zelltypen des Trachealepithels gezählt. Zur Austestung der Zilienfunktion wurde die mukosale Partikeltransportgeschwindigkeit (PTG) in einer eigens dafür etablierten Methode gemessen und, mit demselben Versuchsaufbau, die Zilienschlagfrequenz (ZSF) nach Stimulation mit Muskarin (M) und ATP ermittelt. Mit dieser neu etablierten Messmethode ist es möglich, die PTG in der Trachea unabhängig von der Mukusproduktion zu bestimmen. Ohne Beeinflussung der Mukusproduktion kann so direkt auf den Einfluss der verschiedenen MR auf die effektive Transportleistung der zilientragenden Zellen geschlossen werden. Es ergaben sich keine Unterschiede in der Anzahl und Morphologie der zilientragenden, nicht-zilientragenden und der Basalzellen bei M1KO-, M2KO- und M3KO-Mäusen im Vergleich zu ihrem korrespondierenden WT-Stamm. Diese Ergebnisse zeigen, dass sich ein differenziertes zilientragendes Epithel auch in Abwesenheit der Rezeptorsubtypen M1, M2 und M3 entwickelt. Bei der Messung der PTG in den unterschiedlichen KO-Stämmen konnte gezeigt werden, dass alle 3 untersuchten Rezeptorsubtypen fundamental an der Regulation des Partikeltransportes beteiligt sind. Der M3 Subtyp stimuliert die PTG, während der M2 Rezeptor einen hemmenden Einfluss auf die PTG besitzt. Bei Defizienz des M1 Rezeptors ist die PTG hoch signifikant erniedrigt. Alle 3 Subtypen agieren in ihrer Einflussnahme auf die PTG über unterschiedliche Mechanismen. Der M3 Rezeptor steigert die ZSF und dadurch die PTG, während der M1 und M2 Rezeptor nicht die ZSF beeinflussen. Der Mechanismus, über den es in M1KO-Tieren zu einer Reduktion der PTG und in M2KO-Tieren zu einer gesteigerten PTG kommt, konnte in dieser Arbeit nicht vollständig geklärt werden. Ein Fehlen des M1 Rezeptors verringert möglicherweise die Koordination zwischen den zilientragenden Zellen und könnte über diesen Weg zu einer verminderten PTG führen. Im Gegensatz zu den M1KO- und den M3KO-Tieren zeigen M2M3Doppel-KO-Mäuse keine Unterschiede in der PTG nach Zugabe von ATP im Vergleich zum WT-Stamm. Zusätzlich reagieren sie noch mit einer signifikanten PTG-Steigerung auf die Zugabe von Muskarin. So ist auf der einen Seite durch die Blockierung der M2 und M3 Rezeptorsubtypen eine Bronchodilatation gewährleistet, während auf der anderen Seite die PTG nur minimal herabgesetzt ist, was wichtig für die Aufrechterhaltung der mukoziliären Cleareance ist. Im Hinblick auf ein optimales Rezeptortarget zur Behandlung chronischer Atemwegserkrankungen scheint die selektive Antagonisierung der M2 und M3 Rezeptorsubtypen ohne Interferenz mit dem M1 Rezeptorsubtyp sinnvoll.Verknüpfung zu Publikationen oder weiteren Datensätzen
Beschreibung
Anmerkungen
Erstpublikation in
Giessen : VVB Laufersweiler 2008