Gap-Junction abhängige- und unabhängige Zellkopplung in der glatten Muskulatur des murinen Magenantrums

Einleitung Die elektrische Kopplung der glatten Muskulatur des Gastrointestinaltrakts ist eine Voraussetzung für die regelrechte Ausbreitung von elektrischen Slow-Waves und mechanischen Kontraktionswellen. Die Mechanismen dieser Kopplung sind bislang weitgehend unbekannt. Insbesondere die Relevanz von Gap Junctions wird kontrovers diskutiert.

Ziel Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, die Bedeutung von Gap Junctions für die interzelluläre Kopplung in einem optogenetischen Tiermodell zu erfassen und somit indirekte Hinweise auf die mögliche Relevanz alternativer Kopplungsmechanismen zu erhalten.

Methodik Verwendet wurden isolierte Präparate der Längsmuskulatur des Magenantrums von nativen CD1-Mäusen sowie von transgenen CD1-Mäusen, die in ca. 30% der glatten Muskelzellen den lichtsensitiven Kationenkanal Channelrhodopsin-2 (ChR2) exprimieren. Es erfolgte eine isometrische Kraftmessung unter physiologischen Organbadbedingungen (Krebs-Lösung bei 37°C, Carbogenbegasung). Neben der mechanischen Spontanaktivität der Präparate wurden Kontraktionsantworten auf erhöhte Kaliumkonzentration (50mM), auf Carbachol (100µM) sowie auf Belichtung (460nm, 10 Sekunden, 0.2 mW/mm²) unter Kontrollbedingungen oder nach Inkubation mit dem Gap-Junction Blocker Carbenoxolon (300 µM) erfasst.

Ergebnis Die Amplitude von K+-induzierten Referenzkontraktion zeigte keinen Gruppenunterschied zwischen CD1- als auch in CD1/ChR2-Präparaten (CD1: 3,2± 1,7 mN; n=6; CD1/ChR2: 2,1± 0,8 mN; n=19; p= 0,17). Unter Inkubation mit 300µM CBX waren nachfolgendeK+-Kontraktionen auf 59± 25% der Referenzkontraktion reduziert (n=24; p<0,0001). Nach Inkubation mit 300µM CBX zeigten sich weiterhin verringerte Kontraktionsantworten auf 10µM CCh (34± 20%; n=22; p<0,0001). Auch die spontane phasische Kontraktionsfrequenz der Präparate wurde durch CBX reduziert (79± 47%; n=27; p= 0,02). Die Amplitude lichtinduzierter Kontraktionen durch CBX auf68± 43% des Ausgangswerts reduziert (n=19; p=0,02).

Schlussfolgerung Die mittels Gap Junction Blockade erreichbare Reduktion der lichtinduzierten Kontraktionsantworten geht nicht über das Maß der unspezifischen Dämpfung anderer Kontraktionsantworten hinaus. Diese Befunde bestätigen experimentell frühere Annahmen über die Existenz alternativer Kopplungsmechanismen. Untersuchungen mit weiteren Kopplungsinhibitoren und gezielte optogenetische Analysen können dazu beitragen, die noch unbekannten Mechanismen besser zu charakterisieren.

 

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Publication History

Article published online:
19 August 2022