Wirkungen des Gasotransmitters H2S auf den Ionentransport am Kolon der Ratte
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Ziel dieses Projekts war die Identifizierung der Wirkmechanismen, über die ein kürzlich entdeckter gasförmiger Botenstoff (Gasotransmitter), das H2S, in die Regulation epithelialer Transportvorgänge am Darm eingebunden ist. Als Modellobjekt diente dazu das Kolon der Ratte. Natriumhydrogensulfid (NaHS), eine Substanz, die in wässrigen Lösungen spontan H2S abgibt, induziert eine triphasische Veränderung des Kurzschlussstroms (Isc) am Kolon der Ratte: einem initialen Stromanstieg folgt ein transienter Abfall, um dann in einen langanhalten Isc-Anstieg überzugehen. Anionensubstitutionsversuche und Experimente mit Transportinhibitoren zeigten, dass der Anstieg des Isc auf eine Chloridsekretion zurückzuführen ist, während der negative Isc durch eine transiente K+-Sekretion zu erklären ist. Immunhistochemische Versuche belegen, dass das Kolonepithel die beiden Schlüsselenzyme für die H2S-Synthese, nämlich Cystathionin-ß-Synthase und Cystathionin-Gamma-Lyase, exprimiert. Blockade dieser Enzyme lässt den basalen Isc abfallen und sensibilisiert die Mucosa gegenüber dem exogenen H2S-Donor NaHS, was darauf hinweist, dass eine basale Produktion dieses Gasotransmitters zur spontanen Anionensekretion in vitro über die Kolonschleimhaut beiträgt. Umgekehrt führte ein vermehrtes Substratangebot durch Cysteinzugabe zu einem Isc-Anstieg; dieser Botenstoff wird also physiologisch in der Darmwand produziert. Entscheidend an der Antwort des Epithels beteiligt sind ATP-sensitive Kaliumkanäle, wie Inhibitor-Experimente nahelegen. Die Expression mehrerer Untereinheiten dieser Kanäle wurde auf mRNA- und Proteinniveau im Kolonepithel nachgewiesen. Außerdem stellen Ca2+-abhängige Kaliumkanäle einen Wirkort von NaHS dar. Experimente an isolierten Kolonkrypten, die mit dem Ca2+-sensitiven Fluoreszenzfarbstoff Fura-2 aufgeladen wurden, ergaben, dass NaHS eine biphasische Veränderung der cytosolischen Ca2+-Konzentration auslöst: ein kurzer Abfall ist von einem langanhaltenden Anstieg gefolgt. Der sekundäre Anstieg der cytosolischen Ca2+-Konzentration wird durch eine Ca2+-Freisetzung aus intrazellulären Ca2+-Speichern via Ryanodinrezeptoren getragen. Nach Induktion einer Kolitis durch rektale Applikation von 2,4,6-Trinitrobenzolsulfonsäure (TNBS) war die Antwort auf den exogenen H2S-Donor NaHS signifikant vermindert, während die Antworten auf Ca2+- oder cAMP-abhängige Sekretagoge unverändert blieben, was auf eine Desensitivierung des Epithels auf H2S schließen ließ. Diese Herunterregulation war nicht zu beobachten, wenn die Tiere während der Kolitis-Phase mit einer schwefelarmen Diät ernährt wurden. Der vermuteten Heraufregulation des endogenen H2S-Synthese bei Kolitis (die dann zur Desensitivierung gegenüber exogen applizierten H2S-Donatoren führt) scheint eine benefizielle Wirkung bei der Abheilung der TNBS-induzierten Kolitis zuzukommen, denn Blockade der endogenen H2S-Synthese verstärkt massiv die klinischen Symptome in diesem Kolitismodell. Der Gasotransmitter H2S scheint also eine wichtige Schutzfunktion bei der Aufrechterhaltung der Funktionen des Kolonepithels zu spielen.
