The role of calcium-activated potassium channels and store-operated calcium channels in human macrophages

Intrazelluläres Ca2+ ist ein wichtiger Regulator für vielfältige Funktionen von Makrophagen. Speicherregulierter Ca2+ Einstrom (SOCE) ist die Hauptkomponente des Ca2+ Einstroms in menschlichen Makrophagen. Ca2+ aktivierte Kaliumkanäle der KCa3.1 Untergruppe (IKCa Kanäle) sind in menschlichen Makrophagen exprimiert. Wir stellen die Hypothese auf, daß IKCa durch speicherregulierten Ca2+ Einstrom aktiviert wird und daß die daraus resultierende Hyperpolarisation hilft, den Ca2+ Einstrom durch speicherregulierte Ca2+ Kanäle aufrecht zu erhalten. Menschliche Makrophagen wurden aus peripheren mononuclearen Blutzellen gewonnen und hatten deren typische morphologische Eigenschaften. Sie expremierten den Makrophagenmarker CD14. Die Calziumspeicher wurden in Ca2+-freier Lösung durch Aktivierung von purinergen P2Y Rezeptoren mit UTP oder durch Zugabe des Calziumpumpenblockers Thapsigargin entleert. Messungen im Stromklemmmodus zeigten bei Wiederzugabe von Ca+2 in die Badlösung eine Hyperpolarisation. Diese Hyperpolarisation wurde durch Zugabe des IKCa Blockers Charybdotoxin (CHTX) und durch den SOCE Blocker 2-APB verhindert. Ganzzell Patchclamp Messungen bei 0 mV zeigten daß SOCE einen Auswärtsstrom induziert, der durch CHTX und 2-APB blockiert wurde. Diese Daten deuten darauf hin, daß IKCa Kanäle die bedeutendsten KCa Kanäle in Makrophagen sind und durch SOCE aktiviert werden können. Diese Aktivierung führt zu einer Hyperpolarisation der Makrophagen. Unter Verwendung einer Cäsium basierten Pipettenlösung maßen wir den Einwärtsstrom, der durch die „calcium release activated channels“ (ICRAC) getragen wird, nachdem die intrazellulären Calziumspeicher mit dem Calziumpuffer EGTA, den purinergen Aktivator der P2Y Rezeptoren UTP oder dem Calziumpumpenblocker Thapsigargin entleert wurden. ICRAC besaß ein Umkehrpotential von >+50 mV und konnte durch 2-APB blockiert werden. Fluoreszensmessungen von intrazellulärem freien Ca2+ mit Fluo-3 zeigten, daß UTP und Thapsigargin zu einem transienten Anstieg von intrazellulärem Ca2+ bei Ca2+ freier Badlösung führt. Bei folgender Ca2+ Zugabe zur Badlösung folgt ein lang anhaltender Ca2+ Einstrom. Der Block von IKCa mit CHTX führte zu einer schnelleren Abnahme der Ca2+ abhängigen Fluoreszens, hatte aber keinen Einfluß auf die anfängliche Höhe des Ca2+ Einstroms. Diese Ergebnisse lassen vermuten, daß der Ca2+ Einstrom den IKCa aktiviert und dadurch zu einer Hyperpolarisation der Membran führt was die treibende Kraft für den Ca2+ Einstrom aufrecht erhält indem eine Gegenladung für den Ca2+ Einstrom durch speicherregulierte Ca2+ Kanäle bereitgestellt wird. Ganz neue Studien haben gezeigt, daß die Proteine Orail1, 2 und 3 gute Kandidaten für die Träger des ICARC sind und daß STIM1 der Ca2+ Sensor im ER ist. Mittels RT-PCR konnten wir die Expression von Orai1, Orai2, Orai3 und STIM1 in menschlichen Makrophagen nachweisen. Diese Resultate legen nahe, daß ein oder mehrere Mitglieder der Orai Proteine den speicherregulierten Ca2+ Einstromkanal in menschlichen Makrophagen bilden und daß STIM1 als Ca2+ Sensor dient. Unsere Daten weisen darauf hin, daß IKCa Kanäle und SOCE einen Regelkreis für den Ca2+ Einstrom bilden. Der anhaltende Ca2+ Einstrom ist für die Funktion unseres Immunsystems notwendig.