Elektrophysiologische Untersuchungen zur Elektrolyt-Resorption am Lungenepithel von Xenopus laevis

Abstract

In der vorliegenden Arbeit wurden Untersuchungen am Alveolarepithel von Xenopus laevis durchgeführt. Im Mittelpunkt der Untersuchungen stand der transepitheliale Ionentransport über das pulmonale Epithel, wobei ausschließlich elektrophysiologische Messmethoden zum Einsatz kamen. Die einfache Anatomie der Xenopus-Lunge ermöglichte es, Messungen in einer Ussingkammer durchzuführen; mit der Möglichkeit, verschiedene Regulations-mechanismen des transepithelialen Ionentransports zu untersuchen und zu charakterisieren. Haupteigenschaft des Studienobjekts ist die elektrogene Aufnahme von Na+-Ionen durch hochselektive, epitheliale Kanäle (ENaCs). Die Injektion von Tieren mit ACTH vor der Entnahme der Lungen resultierte in einer deutlichen Steigerung der Na+-Resorption durch ENaCs. Diese Beobachtung unterstreicht zum einen die Relevanz von ACTH bei der Regulation des Salz-/Wasserhaushalts in Xenopus, sowie dass die Xenopus-Lunge ein potentielles Zielorgan einer ACTH-induzierten Freisetzung von Steroiden der Nebennieren ist wichtige Parallelen zu bekannten, hormonellen Regulationsmechanismen in Säugetieren. Untersuchungen mit bekannten auto- bzw. parakrin wirksamen Substanzen ermöglichten die Identifikation unterschiedlicher Membranrezeptoren, sowie den Nachweis einer Beteiligung an der Elektrolytregulation. Die Applikation von Histamin z. B. führte zu einer Erhöhung des amilorid-sensitiven Stroms. Diese Stimulation konnte durch einen bekannten Antagonisten von H 1 Rezeptoren unterbunden werden, was auf die Anwesenheit von H1-Rezeptoren im Alveolarepithel von Xenopus deutet. Ebenso konnten durch den Einsatz von ATP, UTP und Adenosin verschiedene purinerge Rezeptoren nachgewiesen werden. Alle drei Moleküle vermochten den transepithelialen Ionenstrom zu erhöhen, wobei sich die Wirkung von ATP und Adenosin nicht nur auf den amilorid-sensitiven Ionenstrom beschränkte. Zusätzlich Experimente deuten auf eine parallele Stimulation einer Cl -Sekretion durch ATP und Adenosin hin. Eine abschließende Charakterisierung bzw. Identifikation der purinergen Rezeptoren anhand der durchgeführten funktionellen Messungen ist nicht möglich. Dies bedarf zusätzlicher Experimente sowie des Einsatzes anderer Methoden. Die vorliegenden Ergebnisse deuten auf die Anwesenheit von mindestens je einem Typ eines P2Y-, eines P2X- und eines P1-Rezeptors hin. Der Nachweis einer nicht-hormonellen Kontrolle der epithelialen Na+-Kanäle im Lungenepithel des Krallenfrosches ist eine wichtige Gemeinsamkeit mit anderen, gut charakterisierten und akzeptierten Na+-resorbierenden Epithelien. Überraschend war die Entdeckung, dass das Erdmetall Gadolinium als Aktivator dieser Kanäle in Erscheinung treten kann. Versuche mit Substanzen, die bekanntermaßen die self-/feedback inhibition der Na+-Kanäle aufheben, sowie zusätzlich durchgeführte Einzelkanalmessungen, ergaben Hinweise, dass Gadolinium mit extrazellulären Komponenten der Kanäle wechselwirkt und das gating der Kanäle beeinflusst Folge dieser Wechselwirkung ist eine gesteigerte Aktivität der Kanäle und damit eine erhöhte transepitheliale Na+-Resorption, wie sie in Versuchen an der Froschlunge beobachtet werden konnte. Die morphologisch/anatomischen Vorteile der Froschlunge waren die Grundlage für die nach-folgend durchgeführten Messungen. Zum einen konnten mit einfachsten Mitteln Potentiale an ganzen, intakten Organen abgeleitet werden. Vorbild waren Messungen, wie sie an isolierten, perfundierten Säugerlungen gemacht werden. Zum anderen konnten mit einer modifizierten Ussingkammer Messungen durchgeführt werden, in denen Effekte mechanischer Kräfte, die in Form von hydrostatischen Drücken appliziert wurden, untersucht werden. Dabei zeigte sich, dass mechanische Kräfte den Ionentransport signifikant beeinflussen. Die zweistufige Erhöhung des Druckes auf der apikalen Seite führte dabei zu einem entsprechenden zwei-stufigen Abfall des transepithelialen Ionenstroms. Die Charakterisierung der beobachteten Wirkung mechanischer Kräfte bedarf allerdings weiterer Untersuchungen. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen einige Parallelen zu bekannten Mechanismen von alveolarem Elektrolyttransport in Säugetieren und unterstreichen eine gewisse Allgemeingültigkeit, die Regulation pulmonalen Ionentransports betreffend artenunabhängig. Die Lunge von Xenopus laevis bietet die Möglichkeit, grundlegende Fragestellungen der alveolaren Elektrolytregulation unter weitgehend physiologischen Bedingungen zu untersuchen.