Nitrergic relaxation in the gastrointestinal tract of mice with cell-specific deletion of NO-sensitive guanylyl cyclase

• Applicant: Professor Dr. Andreas Friebe
• Subject Area: Anatomy and Physiology ; Pharmacology
• Term: from 2004 to 2017
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5424209

• Final Report Year: 2019

Final Report Abstract

Die NO-sensitive Guanylyl-Cyclase (NO-GC) ist als wichtigster Rezeptor für das Signalmolekül NO an vielen physiologischen Regulationsprozessen beteiligt. Es wurden zwei Isoformen der NO-GC identifiziert (α1β1, α2β1), die in unterschiedlichen Geweben exprimiert werden und dort die Bildung des Signalmoleküls cGMP katalysieren. Mit Hilfe von Mäusen, denen die NO-GC global oder in spezifischen Zelltypen fehlt, kann die Funktion des Enzyms und des von ihr produzierten cGMPs genauer untersucht werden. In einer früheren Arbeit konnten wir zeigen, dass NO über die NO-GC in Glattmuskelzellen (SMC) sowie den interstitiellen Zellen von Cajal (ICC) den Tonus der glatten Intestinalmuskulatur steuert. Diesen Mechanismus haben wir weiter verfolgt und hierzu die bisher generierten globalen KO-Mäuse (GCKO) sowie glattmuskel-spezifische KO-Tiere (SMC-GCKO), ICC-spezifische Tiere sowie den dazugehörigen Doppel-Knockout (SMC/ICC- GCKO) benutzt. Leider konnten die beantragten Untersuchungen der Rolle der NO-GC in den Fibroblastenähnlichen Zellen (FLC) nicht wie geplant durchgeführt werden, da die mit Hilfe der PDGFRα-CreERT2-Maus erhoffte Deletion der NO-GC in den FLC der Darmwand nicht erfolgreich war. So zeigte sich mit Hilfe einer Reportermaus (mit der die Aktivität der Cre-Rekombinase im größten Teil der FLC demonstriert werden konnte), dass die NO-GC nur partiell deletiert wird. Wir vermuten, dass das mosaikartige Ausschneiden die nicht zusammenpassenden Ergebnisse bei der Messung von Darmmotilität, Relaxationsfähigkeit etc. erklärt. Allerdings konnten wir eine klare Beteiligung der nitrergen Signaltransduktion bei der Relaxation des unteren Esophagussphinkters aufzeigen. Damit hat die NO-GC eine sehr wahrscheinliche Rolle bei der Ausprägung einer Achalasie. Außerdem konnten wir nachweisen, dass NO nicht nur im Fundus sondern auch in Ileum und Colon über die NO-GC in SMC und ICC wirkt. Als Mechanismus konnten wir die Beeinflussung des Ruhemembranpotenzials sowie die Ausprägung der elektrischen Transduktion in Form von 'inhibitory junction potentials' identifizieren.

Publications

• Correlation of cellular expression with function of NO-sensitive guanylyl cyclase in the murine lower urinary tract. J Physiol. 2013 Nov 1;591(21):5365-75
  Lies, Barbara; Groneberg, Dieter & Friebe, Andreas
  
• Interstitial cells of Cajal mediate nitrergic inhibitory neurotransmission in the murine gastrointestinal tract. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol. 2014 Jul 1;307(1):G98-106
  Klein, Sabine; Seidler, Barbara; Kettenberger, Anna; Sibaev, Andrei; Rohn, Michael; Feil, Robert; Allescher, Hans-Dieter; Vanderwinden, Jean-Marie; Hofmann, Franz; Schemann, Michael; Rad, Roland; Storr, Martin A.; Schmid, Roland M.; Schneider, Günter & Saur, Dieter
  
• Dominant role of interstitial cells of Cajal in nitrergic relaxation of murine lower oesophageal sphincter. J Physiol. 2015 Jan 15;593(2):403-14
  Groneberg, Dieter; Zizer, Eugen; Lies, Barbara; Seidler, Barbara; Saur, Dieter; Wagner, Martin & Friebe, Andreas
  
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  Lies, B.; Groneberg, D. & Friebe, A.
  
• Nitrergic signalling via interstitial cells of Cajal regulates motor activity in murine colon. J Physiol. 2015 Oct 15;593(20):4589-601
  Lies, Barbara; Beck, Katharina; Keppler, Jonas; Saur, Dieter; Groneberg, Dieter & Friebe, Andreas
  
• CrossTalk proposal: Interstitial cells are involved and physiologically important in neuromuscular transmission in the gut. J Physiol. 2016 Mar 15;594(6):1507-9
  Sanders, Kenton M.; Ward, Sean M. & Friebe, Andreas
  
• Integrative Control of Gastrointestinal Motility by Nitric Oxide. Curr Med Chem. 2016;23(24):2715-2735
  Groneberg, Dieter; Voussen, Barbara & Friebe, Andreas
  
• Soluble guanylate cyclase as an alternative target for bronchodilator therapy in asthma. Proc Natl Acad Sci USA. 2016 Apr 26;113(17):E2355-62
  Ghosh, Arnab; Koziol-White, Cynthia J.; Asosingh, Kewal; Cheng, Georgina; Ruple, Lisa; Groneberg, Dieter; Friebe, Andreas; Comhair, Suzy A. A.; Stasch, Johannes-Peter; Panettieri, Reynold A.; Aronica, Mark A.; Erzurum, Serpil C. & Stuehr, Dennis J.
  
• Comparison of nitrergic signaling in circular and longitudinal smooth muscle of murine ileum. Neurogastroenterol Motil. 2018 Mar;30(3)
  Voussen, B.; Beck, K.; Mauro, N.; Keppler, J. & Friebe, A.
  
• NO-GC in cells 'off the beaten track'. Nitric Oxide. 2018 Jul 1;77:12-18
  Friebe, Andreas; Voußen, Barbara & Groneberg, Dieter