Das Lungenepithel landlebender Vertebraten ist von einem dünnen Flüssigkeitsfilm bedeckt, dessen Höhe und Viskosität streng reguliert wird. Die Zusammensetzung wird im wesentlichen durch Ionentransportprozesse der Epithelzellen bestimmt.
In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss mechanischer Kräfte auf den pulmonalen Ionentransport untersucht.
Dazu wurden zum einen elektrophysiologische Messungen (Ussing-Kammer) an nativen Lungenpräparaten des Südafrikanischen Krallenfroschs (Xenopus laevis) durchgeführt, zum anderen wurde der humane epitheliale Na+-Kanal aus Lungengewebe kloniert, in Xenopus Oocyten exprimiert und mittels der Zwei-Elektroden-Spannungsklemme sowie der Patch Clamp Technik untersucht.Als mechanischer Stimulus diente in den Ussing-Kammer-Messungen die Erhöhung des hydrostatischen Drucks um 5 cm Wassersäule. Dies bedingte eine Veränderung folgender Parameter: Reduktion des Kurzschlussstroms (ISC) in voltage clamp Messungen, Reduktion der transepithelialen Potenzialdifferenz in current clamp Messungen, Zunahme der Kapazität sowie Erhöhung der extrazellulären ATP-Konzentration.
Eine Inhibition durch Druck konnte verhindert werden, wenn die Wassersäule gleichzeitig sowohl in der apikalen wie auch der basolateralen Kammerhälfte erhöht wurde oder das Gewebe mittels eines Nylonnetzes abgestützt wurde.
Die Höhe der Druck-induzierten Inhibition des ISC konnte durch unterschiedliche Pharmaka und Versuchsbedingungen beeinflusst werden. Die apikale Applikation von Ba2+ sowie die Erhöhung der extrazellulären K+-Konzentration führte zu einer Abschwächung des Druckeffekts. Dies macht es wahrscheinlich, dass die Druck-induzierte Strominhibition maßgeblich durch eine Sekretion von K+ über die apikale Membran verursacht wurde. Die Sensitivität gegenüber Clotrimazol, Chlorzoxazon sowie Glibenclamid legt eine Beteiligung Ca2+&
#64979;aktivierter K+-Kanäle sowie ATP-abhängiger K+-Kanäle nahe. Die mRNA Expression für die Ca2+-aktivierten K+-Kanäle BK (KCNMA1) und IK (KCNN4) in der Xenopus Lunge wurde durch RT-PCR nachgewiesen. Weiterhin scheinen 2-Poren-Domänen K+-Kanäle durch Druckeinwirkung betroffen zu sein, deren mRNA-Expression für TWIK2 (KCNK6) und TASK2 (KCNK5) gezeigt werden konnte.
Neben einer Druck-induzierten Aktivierung von K+-Kanälen wurde eine Stimulation der Chlorid-Sekretion sowie eine Zunahme der Na+-Resorption durch epitheliale Na+-Kanäle (ENaC) beobachtet. Sowohl der ENaC als auch der Chlorid-Kanal CFTR konnten durch RT-PCR nachgewiesen werden. Zusätzlich konnte die Expression des CFTR mittels Immunfluoreszenz dargestellt werden.
Die Abhängigkeit des Druckeffekt von der Osmolarität der Perfusionslösung weißt darauf hin, dass der mechanische Stimulus intrinsische Volumenregulationsmechanismen beeinflusst. Nach Applikation von Inhibitoren mechanosensitiver Ionenkanäle (Gd3+ und La3+) wurde der Druckeffekt stark abgeschwächt. Die mechanosensitiven Ca2+-permeablen Ionenkanäle TRPC1 und TRPV4 wurden durch RT&
#64979;-PCR in der Xenopus Lunge sowie in humanen Epithelzellkulturen nachgewiesen. Durch Modulation der intrazellulären Ca2+-Konzentration konnte der Druck-induzierte Effekt allerdings nur gering verändert werden.
Die Mechanosensitivität des epithelialen Na+-Kanals wurde im Oocytenexpressionsmodell untersucht. Dazu wurde der humane ENaC aus Lungengewebe kloniert, in vitro transkribiert und in Xenopus Oocyten exprimiert. In Ganzzellableitungen zeigte sich eine Zunahme des ENaC-getragenen Stroms durch laminaren Scherstress. In outside-out Patch Clamp Untersuchungen konnte in einigen jedoch nicht allen Messungen eine Zunahme der Kanalaktivität durch den mechanischen Reiz festgestellt werden.
Zusammengenommen zeigen die Ergebnisse, dass mechanische Kräfte innerhalb kurzer Zeiträume von wenigen Minuten Ionentransportprozesse in nativen Lungenpräparaten beeinflussen können.
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