Modulation von pH-regulativen Transportproteinen durch Fettsäure-Rezeptoren im Pansenepithel

• Antragsteller: Professor Dr. Gotthold Gäbel
• Fachliche Zuordnung: Tiermedizin ; Tierzucht, Tierernährung, Tierhaltung
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 280642578

• Erstellungsjahr: 2019

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Von nicht ruminalen Geweben ist bekannt, dass kurzkettige Fettsäuren (SCFA) an „Free-Fatty-Acid-Rezeptoren“ und hier insbesondere an FFAR2 und GPR109A binden können und über die Variation des intrazellulären cAMP-Spiegels Einfluss auf verschiedene Zellfunktionen nehmen. SCFA entstehen in den Vormägen in großer Menge und werden großenteils direkt in den Vormägen resorbiert. Bei der resorptiven Aufnahme in das Pansenepithel azidifizieren die SCFA jedoch die Zelle. Infolgedessen nahmen wir an, dass FFAR auch im Pansenepithel exprimiert werden und SCFA über FFAR2 und GPR109A insbesondere diejenigen Transportproteine beeinflussen, die dem SCFA-Transport und/oder der Regulation des intrazellulären pH-Wertes dienen. Mittels Immunhistochemie und konnten wir nachweisen, dass im Pansenepithel von Schafen ein FFAR2 – vor allen Dingen in tiefer gelegenen Schichten – und auch ein GPR109A – vor allen Dingen in den luminal orientierten Schichten – vorhanden sind. An isolierten Pansenepithelien von Schafen gelang es durch die Zugabe von Butyrat den Forskolin-induzierten intrazellulären cAMP-Spiegel zu senken. Butyrat war schon ab einer Konzentration von 2 mM an aufwärts wirksam, also bei physiologischen Konzentrationen. Ebenfalls konnte nachgewiesen werden, dass vor allen Dingen mukosal vorhandenes Butyrat den cAMP-Spiegel vermindert, wohingegen serosal vorhandenes Butyrat diesen nur marginal beeinflusste. Die Effekte des mukosal vorhandenen Butyrats konnten durch eine Azidifizierung des mukosalen pH-Wertes forciert werden. Allerdings zeigte es sich, dass der MCT1 nicht und die NHE nur geringfügig durch cAMP regulierbar waren. Die Untersuchungen haben aus unserer Sicht eindeutig bestätigt, dass das Pansenepithel in der Lage ist, über FFA-Rezeptoren die Zusammensetzung des Inhaltes zu rezipieren. Ebenfalls konnte eindeutig untersetzt werden, dass der intraepitheliale cAMP-Spiegel durch SCFA, oder zumindest durch Butyrat schon in geringen und physiologisch relevanten Konzentrationen moduliert werden kann. Dass diese Modulation über die FFAR vermittelt wird, konnte allerdings durch das Projekt nicht mit letzter Sicherheit nachgewiesen werden. So bleibt offen, ob die FFAR eventuell auch auf andere Inhaltsstoffe reagieren. Allerdings ist das Wissen über alternative Liganden der untersuchten Rezeptoren derzeit noch zu dürftig, um hier eindeutige Schlussfolgerungen ziehen zu können. Dass der MCT1 nicht durch cAMP zu beeinflussen war, ist eventuell dadurch zu erklären, dass dieser „im Überfluss“ exprimiert wird und es somit auch bei stärkerer Anflutung von SCFA bzw. deren Metaboliten es keiner Hochregulierung bedarf. Dass der intrazelluläre pH-Wert nicht alleinig durch cAMP bzw. durch cAMP-vermittelte Aktivierungen des NHE geregelt wird, untersetzt ebenfalls eine gewisse Redundanz in den Mechanismen, die diesen wichtigen intrazellulären Parameter regulieren. Unabhängig davon machen die Untersuchungen deutlich, dass SCFA nicht nur als Energielieferanten betrachtet werden dürfen, sondern auch als Signalgeber. Es wäre sicher Zielstellung weiterer Untersuchungen, ob die bekannten zahlreichen Effekte der SCFA, insbesondere des Butyrats, z.B. auf die Morphologie, die Motilität, den Immunstatus und andere Funktionen des Pansenepithels durch die charakterisierten Rezeptoren vermittelt werden können.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• (2016): Effects of short chain fatty acids on cAMP level as indicator of G Protein activity in sheep ruminal epithelium. In: Proc. Soc. Nutr. Physiol. 25, S. 25, ISBN: 978-3-7690-4109-5
  Baaske, L.; Masur, F.; Gäbel, G.
  
• (2016): Free fatty acid receptors as potential targets for nutrient dependent modulation of intracellular pathways in ovine ruminal epithelium. In: Tagung der DVG-Fachgruppe “Physiologie und Biochemie” – DVG, S. 75–76, ISBN: 978-3-86345-307-7
  Baaske, L.; Masur, F.; Gäbel, G.
  
• (2017): Modulation of cyclic adenosine monophosphate in sheep ruminal epithelium by short chain fatty acids and G-protein coupled receptor agonists. In: Proc. Soc. Nutr. Physiol. 26, S. 38, ISBN: 978-3-7690-4110-1
  Baaske, L.; Masur, F.; Gäbel, G.
  
• (2019): Role of fatty acid receptors in the regulation of transporters for short chain fatty acids and pH homeostasis in sheep rumen. In: Advances in Animal Biosciences, ISSN: 2040-4700
  Baaske, L.; Masur, F.; Dengler, F.; Rackwitz, R.; Kaiser, B.; Pfannkuche, H.; Gäbel, G.