Der gegensätzliche Effekt von ATP und seinen Abbauprodukten auf die endotheliale Schrankenfunktion in isolierten Endothelzell-Monolayern und in der Mikrozirkulation des Rattenmesenteriums

Abstract

Nukleotide stellen nicht nur intrazellulär die Grundbausteine des menschlichen Genoms, sowie in Form von ATP den wichtigsten Energielieferanten für zelluläre Prozesse dar, sondern auch extrazellulär spielen sie eine wichtige Rolle bei der Signalübertragung im menschlichen Organismus.ATP wird, wie so viele andere Mediatoren, unter bestimmten pathophysiologischen Bedingungen freigesetzt und hat, neben vielen weiteren Effekten in anderen Organsystemen, über eine Hemmung des kontraktilen Apparates der Endothelzellen eine stabilisierende Wirkung auf die endotheliale Schrankenfunktion. Im Vergleich dazu bewirken die einzelnen Abbauprodukte von ATP einen der Wirkungsweise des ATP vollkommen gegensätzlichen Effekt, indem ADP, AMP und Adenosin die Permeabilität der Endothelzellen erhöhen.In dieser Arbeit wurde untersucht, inwieweit sich die erwähnten gegensätzlichen Effekte der einzelnen Nukleotide sowohl auf zellulärer Ebene als auch im Tierversuch bestätigen und gleichzeitig durch Verabreichung des Ektonukleotidase-Hemmstoffes ARL 67156 und der löslichen Ektonukleotidase Apyrase differenzieren lassen. Anhand kultivierter Endothelzellen aus Ratten-Koronarien wurden die Effekte einzelner Nukleotide auf die Makromolekülpermeabilität ermittelt. Unter Zuhilfenahme der Intravitalmikroskopie wurde durch die Veränderung der Konzentration FITC- markierten Albumins im perivaskulären Gewebe der Einfluss extrazellulären ATP auf die Permeabilität in der Mikrozirkulation des Rattenmesenteriums untersucht. Darüber hinaus wurde über den myokardialen Wassergehalt des Rattenherzens indirekt die Ödematisierung des perivaskulären Gewebes bestimmt.ATP allein bewirkte kurzfristig eine Senkung der endothelialen Permeabilität, führte aber im Verlauf zu einer deutlichen Störung der Barrierefunktion. Wurde der Abbau von ATP durch den spezifischen Ektonukleotidase-Hemmstoff ARL 67156 inhibiert, so zeigte sich eine langfristige Stabilisierung der endothelialen Schranke.Wurde jedoch die Metabolisierung von ATP durch die lösliche Ektonukleotidase Apyrase beschleunigt, so stellte sich der störende Effekt deutlich rascher ein im Vergleich zur alleinigen Gabe von ATP.Durch zusätzliche Gabe von ARL 67156 ließ sich der myokardiale Wassergehalt signifikant senken.Es zeigte sich, dass die Befunde der in vitro-Versuche auf das Tiermodell übertragbar sind.Erstmals konnte gezeigt werden, dass der protektive Effekt extrazellulären ATPs auf die endotheliale Permeabilität entscheidend von dessen Metabolisierungsstatus abhängt. Dies führt zu einem funktionellen Antagonismus von ATP und seinen Abbauprodukten auf die Integrität der endothelialen Barriere.In Zukunft könnten durch genaueres Verständnis der Signaltransduktionswege neue therapeutische Strategien entwickelt werden. ATP not only presents an important energy reserve for the cell but also plays an important role in signal transduction. ATP is released, like other mediators, under certain (patho)-physiological conditions and, beside other effects in different organ- systems, has a barrier stabilizing effect on endothelium.Unlike its metabolites such as ADP, AMP and adenosine which have both barrier stabilizing and destabilizing effects, ATP has barrier stabilizing effect on coronary microvascular endothelial monolayers. ATP mediates its barrier stabilizing effects via inhibition of endothelial contractile machinery and an enhancement of cell-cell adhesions.Present study was carried out to differentiate the effects of ATP and its metabolites on microvasculature in vivo. The experiments were carried out on rat mesentery artery and vascular leakage was measured by analyzing extravasations of FITC- labelled albumin using intravital microscopy. Similarly, the myocardial water contents were measured to analyze the effects of ATP on coronary microvasculature.ATP caused a transient reduction in vascular leakage followed by a marked increase in leakage. Co-administration of ARL67156, an ectonucleotidase inhibitor, prolonged while apyrase, a soluble ectonucleotidase, abrogated the barrier stabilizing effects of ATP. Similarly, ATP reduced myocardial water contents indicating a barrier stabilizing effects and these were potentiated by co-administration of ARL67156.Altogether the study shows that in vitro experiments performed on isolated cell culture model can be transformed to the animal models. The study indicates for the first time, that the effects of extracellular ATP on the endothelial barrier are essentially dependent on its metabolic state. ATP itself has barrier stabilizing while its metabolites like AMP and adenosine have barrier disrupting effects on coronary microvasculature.In future new therapeutic strategies could be developed by understanding the exact receptor distribution and the specific signal transduction pathways, which possibly are able to lower the mortality of vascular diseases.