Zelldifferenzierung und mukoziliärer Transport im Trachealepithel der Maus bei Gendefizienz der muskarinischen Rezeptoren m1, m2 und m3

Projektleiter und Institution

Prof. Dr. Wolfgang Kummer, Justus-Liebig-Universität Gießen, Institut für Anatomie und Zellbiologie

Stipendiatin

Maike Klein

Azetylcholin (ACh) ist ein weit verbreitetes, funktionell hoch relevantes Signalmolekül. ACh-Rezeptoren werden nach ihrer Affinität für zwei Modellagonisten in nikotinische und muskarinische Rezeptoren eingeteilt. In der Lunge und den Atemwegen sind insbesondere die muskarinischen Rezeptoren von besonderer klinischer Relevanz. Diese werden in die Subtypen m1 bis m5 eingeteilt, die jeweils auf einem eigenen intronlosen Gen kodiert sind. In der Peripherie wird ACh nicht nur als wichtigster Neurotransmitter von parasympathischen Nervenendigungen, sondern auch von verschiedensten non-neuronalen Zellen, darunter die Atemwegsepithelien, synthetisiert und freigesetzt [1] [2]. Dieses non-neuronale ACh wirkt auto- und parakrin.

Die akuten Wirkungen des neuronal freigesetzten ACh in den Atemwegen - Bronchokonstriktion, Stimulation von Drüsenzellen - sind weitgehend bekannt, weniger hingegen die langsam eintretenden auto- und parakrinen. Aus epithelialen Systemen sind eine cholinerge Steuerung der Proliferation, Differenzierung, Ausbildung von Zell-Zell-Kontakten, Organisation des Zytoskeletts, Stimulation der Zilienschlagfrequenz und Regulation der Zytokinproduktion bekannt [2] [3] [4] [5] [6]. Detaillierte Kenntnisse zur Beteiligung der einzelnen Rezeptorsubtyen sind einerseits zum Verständnis der Pathogenese von Umbauvorgängen im Verlauf chronischer Erkrankungen, z. B. COPD, andererseits auch zur gezielten therapeutischen Nutzung erforderlich.

Im respiratorischen Epithel sind vor allem die muskarinischen Rezeptorsubtypen m1, m2 und m3 vorhanden. Im vorliegenden Projekt wird ihre derzeit nur unzulänglich bekannte spezifische Rolle in der epithelialen Differenzierung, Ausprägung von Zell-Zell-Kontakten und Regulation des mukoziliären Transports in den Atemwegen untersucht werden. Hierzu wird die Trachea von gendefizienten Mäusestämmen, die jeweils einen dieser Rezeptorsubtypen nicht ausbilden, im Vergleich zu ihrem korrespondierenden Wildtyp untersucht. Messparameter sind relative Häufigkeit und subzellulärer Phänotyp der individuellen Epithelzelltypen (Immunhistochemie, Ultrastruktur), Ausmaß und Struktur der Zell-Zell-Kontakte (Immunhistochemie, Ultrastruktur) sowie Geschwindigkeit und Koordination des mukoziliären Transportes (Videomikroskopische Analyse des Partikeltransports).

Von den Ergebnissen werden Erkenntnisse über die Funktion und Bedeutung der individuellen muskarinischen Rezeptorsubtypen m1 - m3 im non-neuronalen cholinergen System der Atemwege erwartet, die Möglichkeiten ihrer selektiven therapeutischen Nutzung in chronischen Erkrankungen, die mit Umbauvorgängen der Atemwegswand einhergehen, eröffnen sollen.

Literatur

• 1 Klapproth H, Reinheimer T, Metzen J. et al . Non-neuronal acetylcholine, a signalling molecule synthezised by surface cells of rat and man.  Naunyn-Schmiedberg's Arch Pharmacol. 1997;  335 515-523
• 2 Wessler I, Kilbinger H, Bittinger F. et al . The biological role of non-neuronal acetylcholine in plants and humans.  Jpn J Pharmacol. 2001;  85 2-10
• 3 Shafer S H, Puhl H L, Phelps S H. et al . Activation of transfected M1 or M3 muscarinic acetylcholine receptors induces cell-cell adhesion of chinese hamster ovary cells expressing endogenous cadherins.  Exp Cell Res. 1999;  248 148-159
• 4 Metzen J, Bittinger F, Kirkpatrick C J. et al . Proliferative effect of acetylcholine on rat trachea epithelial cells is mediated by nicotinic receptors and muscarinic receptors of the M1-subtype.  Life Sci. 2003;  72 2075-2080
• 5 Nguyen V T, Chernyavsky A I, Arredondo J. et al . Synergistic control of keratinocyte adhesion through muscarinic and nicotinic acetylcholine receptor subtypes.  Exp Cell Res. 2004;  294 534-549
• 6 Struckmann N, Schwering S, Wiegand S. et al . Role of muscarinic receptor subtypes in the constriction of peripheral airways: Studies on receptor-deficient mice.  Mol Pharmacol. 2003;  64 1444-1451