Molekulare und funktionelle Analyse der interstitiellen Zellen von Cajal als Masterregulatoren gastrointestinaler Motilität
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die interstitiellen Zellen von Cajal (ICC) spielen eine entscheidende Rolle bei der Regulation gastrointestinaler Motilität und sind vermutlich die Ursprungszellen gastrointestinaler Stromatumore. Sie exprimieren die Rezeptor-Thyrosinkinase c-Kit und generieren als enterische Schrittmacherzellen langsame Depolarisationswellen (slow-waves), die zu rhythmischen Kontraktionen der glatten Muskulatur des Darms führen. Ein ICC Verlust bzw. eine Störung der Signaltransduktion in ICCs spielt bei zahlreichen gastrointestinalen Motilitätsstörungen eine zentrale Rolle. Wir konnten mit Hilfe von genetisch definierten Mausmodellen zeigen, dass ICCs in adulten Tieren eine essentielle Rolle bei der exzitatorischen und inhibitorischen nitrergen Neurotransmission im Gastrointestinaltrakt spielen. Sie sind somit nicht nur Schrittmacherzellen im Darm, sondern integrieren und modulieren zusätzlich nerval induzierte Kontraktionen und Relaxationen des Darms und regulieren somit fundamentale Aspekte gastrointestinaler Motilität. Mit Hilfe einer neu für das DFG Projekt generierten knock-in Mauslinie, die ein CreERT2 Fusionsprotein unter der Kontrolle des endogenen c-Kit Promotors exprimiert (c-KitCreERT2), ist es uns erstmals gelungen Gene und Signalwege in ICCs zu definierten Zeitpunkten in adulten Tieren genetisch zu manipulieren. Die Tamoxifen-induzierte Depletion von ICCs mit Hilfe einer konditionalen Diphterietoxin-A exprimierenden Mauslinie (c-KitCreERT2/+;LSL-R26DTA/+) führt ebenso wie die konditionale Inaktivierung des NO-cGKI Signalwegs in ICCs (c-KitCreERT2/+;Prkg1lox/lox Mauslinie) zu einer massiven gastrointestinalen Motilitätsstörung mit alterierter enterischer Neurotransmission in adulten Tieren. Dieser Phänotyp normalisiert sich interessanterweise nach mehreren Wochen in beiden Modellen. Interessanterweise kommt es hierbei nicht zu einer Regeneration bzw. Neubildung von ICCs. Mit Hilfe von komplexen genetischen Systemen, die zunächst eine genetische Markierung der ICCs mit anschließender partieller Ablation ermöglichen, konnten wir zeigen, dass es zu keiner nennenswerten Regeneration und Proliferation von ICCs kommt. Stattdessen zeigen unsere Ergebnisse eine erstaunliche Plastizität und Anpassungsfähigkeit der gastrointestinalen Motilität. Die ICC Depletion führt zu einer Hypertrophie der glatten Muskultur die es durch verstärkte Kontraktionen ermöglicht die Passagezeit zu normalisieren, obwohl „slow wave“s und die exzitatorische und nitrerge-inhibitorische Neurotransmission weiterhin gestört bleiben. Die so gewonnenen Erkenntnisse haben damit zu einem besseren Verständnis der kurz- und langfristigen Auswirkungen eines ICC Verlustes oder einer gestörten ICC vermittelten Signaltransduktion geführt. Damit Eröffnen sie wichtige Einblicke in die Grundlagen von gastrointestinalen Motilitätsstörungen die die Basis für neuen Therapiemöglichkeiten darstellen können.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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