Rolle von Connexinen und CA2+-abhängigen K+-Kanälen bei der Regulation der mikrovaskulären Durchblutung
Final Report Abstract
Die Durchblutung der Organe ist nicht konstant, sondern wird dem aktuellen Bedarf jeweils angepaßt. Besonders ausgeprägt sind Durchblutungssteigerungen im Skeletmuskel bei Arbeit, die durch eine Durchmesseränderung in den kleinen versorgenden Arteriolen erreicht werden. Hierbei spielt die innerste Zellschicht der Gefäße, das Endothel, eine entscheidende Rolle. Wir haben in dem Projekt zeigen können, daß Ca2+-abhängige K+-Kanäle (KCa) entscheidend beteiligt sind, indem durch ihre Aktivierung eine Verschiebung des Membranpotentials im Endothel zu negativeren Werten (Hyperpolarisation) erzeugt wird, die dann letztlich in eine Dilatation mündet. Weiterhin trägt diese endotheliale Hyperpolarisation wesentlich zur Koordination des zellulären Verhaltens entlang des Gefäßes bei, denn ein dilatatierendes Signal (wahrscheinlich das Membranpotential selbst) breitet sich über interzelluläre Kanäle (Gap Junctions), die aus Connexinen bestehen, aus. Die beiden im Endothel exprimierten KCa-Kanäle (IK1 und SK3) werden offenbar durch unterschiedliche Mechanismen aktiviert, die dann aber über die ausgelöste Hyperpolarisation in einer gemeinsamen Endstrecke, der glattmuskulären Erschlaffung und damit Dilatation der Arteriole, münden. Während der SK3-Kanal für eine intakte, durch die Kontraktion des Skeletmuskels ausgelöste Dilatation (funktionelle Hyperämie) unabdingbar ist, ist die Anwesenheit des IK1-Kanals notwendig, um eine endotheliale Hyperpolarisation und eine Dilatation nach Stimulation mit einem Agonisten (Acetylcholin) zu erreichen. In beiden Fällen führt die Veränderung des Membranpotentials im Endothel zu einer aufsteigenden Dilatation. Wir konnten nun auch zeigen, daß Connexin40 bei der funktionellen Hyperämie beteiligt ist. Dies hatten wir früher schon für die durch Agonisten ausgelöste aufsteigende Dilatation gezeigt, was zusammen die funktionelle Relevanz des Endothels bei der Koordination des Gefäßverhaltens betont. Der IK1-Kanal ist partiell notwendig, um eine große Strecke bei dieser aufsteigenden Dilatation zu überbrücken, denn sein Fehlen läßt die Dilatationsamplitude mit zunehmender Entfernung stärker abnehmen. Andererseits ist seine Aktivierung hinreichend, um eine aufsteigende Dilatation auszulösen. Eine weitere entscheidende Frage ist und bleibt, wie die endotheliale Hyperpolarisation eine Dilatation auslöst (EDHF-Typ Dilatation). Hierzu konnten wir durch die Untersuchung eines Gefäßes in vivo und in vitro zeigen, daß zwei distinkte Mechanismen beteiligt sind: 1. Ein potenter EDHF-Typ Mechanismus, der unabhängig von Connexin40 ist und bei der Untersuchung unter isometrischen Bedingungen verloren geht. 2. Ein weiterer weniger effektiver Mechanismus, der von Connexin40 abhängig ist, und auch bei isometrischer Untersuchung nachweisbar bleibt. Dieser zweite könnte also der in jüngster Zeit oft beschriebenen myoendothelialen Kopplung zugrundeliegen, steht aber physiologisch nicht im Vordergrund. Unsere Daten sprechen dafür, daß tatsächlich ein EDHF vom Endothel gebildet wird, der die Übertragung der Hyperpolarisation gewährleistet. Was dieser EDHFist, muß aber noch offen bleiben. Weiterhin haben wir durch die Entwicklung von zeelspezifischem Verlust von Connexin40 seine Funktion in verschiedenen Zelltypen einem klaren, relativ eindeutigem Phänotyp zuordnen können. Cx40 in Renin-produzierenden Zellen ist relevant, um die Reninbildung an den Druck anzupassen (negativer Feedback), während Cx40 im Endothel die Koordination des Gefäßverhaltens sichert. Weder führt der Verlust von Cx40 im Endothel zu einem deutlichen Hypertonus, noch führt der Hypertonus zu einem Verlust der endothelialen Kommunikation. Einige, aber nicht alle Cx40 Funktionen können von einem anderen Connexin mit anderen Eigenschaften (Cx45) ersetzt werden.
Publications
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