Hinweise für die funktionelle und dynamische Mikrokompartimentierung von Caveolin-1, TRPV4 und Calcium-aktivierten Kaliumkanälen in den Caveolae von Endothelzellen

Noch immer zählen kardiovaskuläre Erkrankungen zu den häufigsten Todesursachen weltweit. Besonders die arterielle Hypertonie stellt nach wie vor einen Risikofaktor für Herz-Kreislauf-Erkrankungen dar. So geht Bluthochdruck stets mit einer endothelialen Dysfunktion, Athero- und Arteriosklerose, und p...

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Main Author: Goedicke-Fritz, Sybelle
Contributors: Hoyer, Joachim (Prof. Dr.) (Thesis advisor)
Format: Dissertation
Language:German
Published: Philipps-Universität Marburg 2016
Innere Medizin
Subjects:
Online Access:PDF Full Text
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Summary:Noch immer zählen kardiovaskuläre Erkrankungen zu den häufigsten Todesursachen weltweit. Besonders die arterielle Hypertonie stellt nach wie vor einen Risikofaktor für Herz-Kreislauf-Erkrankungen dar. So geht Bluthochdruck stets mit einer endothelialen Dysfunktion, Athero- und Arteriosklerose, und pathologischen Gefäßveränderungen einher. Zur Regulation des Blutdruckes setzt das Endothel vasodilatatorische und vasokonstriktorische Faktoren frei und beeinflusst so den Kontraktionszustand der glatten Muskulatur. Zu den am längsten bekannten endothelabhängigen Vasodilatatoren gehören Prostazyklin (PGI2) und Stickstoffmonoxid (NO). Neben ihnen besitzt das Endothel ein drittes gefäßerweiterndes System, den endothelium-derived hyperpolarizing factor (EDHF). Während die Funktionen des endothelialen NO und des PGI2 für die lokale und systemische Blutdruckregulation heut zu Tage weitestgehend bekannt sind, sind die biologischen Mechanismen und Signaltransduktionskaskaden des EDHF noch nicht vollständig geklärt. Insbesondere Ca2+-aktivierte K+-Kanäle, zu denen KCa2.3 und KCa3.1 zählen, spielen eine entscheidende Rolle in der endothelabhängigen Hyperpolarisation und in der Regulation des Gefäßtonus und des Blutdruckes. Die Aktivierung dieser beiden KCa-Kanäle beruht auf einem Anstieg der intrazellulären Calciumkonzentration, die weitestgehend durch Ca2+- durchlässige Kationenkanäle, einschließlich dem transient receptor potential V4 (TRPV4), vermittelt werden. Es wir vermutet, dass KCa-Kanäle und Ca2+-durchlässige Kationenkanäle räumlich assoziiert sind, eine funktionelle Einheit bilden und die Caveolae der Zellmembran hier als Mikrokompartimente dienen. Caveolae können als mikroskopisch kleine, sackförmige Einstülpungen an der Oberfläche vieler Säugerzelltypen beobachtet werden. Sie haben eine einzigartige Lipidzusammensetzung und werden wegen ihres hohen Gehalts an Cholesterin und Sphingolipiden zu den „Lipid Rafts“ gezählt. Die Caveolae sind an zahlreichen zellulären und physiologischen Prozessen beteiligt, z.B. Endozytose, Transzytose, Fettstoffwechsel, Virus-Wirt-Interaktion, Krebs und Signaltransduktion. Das integrale Membranprotein Caveolin-1 stellt das Hauptstrukturprotein der Caveolae dar. Die vorliegende Arbeit hat sich mit der Frage beschäftigt, ob die endothelialen KCa-Kanäle KCa2.3 und KCa3.1 und der Ca2+-durchlässige Kationenkanäle TRPV4 in den Caveolae angereichert sind und welchen Effekt ein Fehlen von Caveolin-1, dem Strukturprotein der Caveolae, in vivo auf die genannten KCa-Ströme hat. Es konnte gezeigt werden, dass TRPV4 und KCa2.3 in den Caveolae humaner mikrovaskulärer Endothelzellen (HMEC-1) angereichert sind. Mit Hilfe von Immunpräzipitations-Studien und immunzytologischen Untersuchungen sowie hochauflösender Mikroskopie konnte gezeigt werden, dass in humanen mikrovaskulären Endothelzellen (HMEC-1) unter statischen Bedingungen eine physikalisch und Caveolae-abhängige Assoziation zwischen Caveolin-1, TRPV4 und dem KCa2.3 aber nicht mit KCa3.1 besteht. Zudem konnten wir eine Interaktion und Kolokalisation zwischen TRPV4 und KCa2.3 beobachten. Schließlich konnten wir nach Applikation laminarer Schubspannung eine de novo Kolokalisation von KCa3.1/Caveolin-1 und KCa3.1/TRPV4 nachweisen. Anhand von Patch-Clamp Versuchen an frisch isolierten Endothelzellen der Arteria carotis communis von Caveolin-1-defizienten Mäusen konnte eine 45 %-ige Reduktion der KCa-vermittelten Kaliumströme im Vergleich zu den Wildtyp-Kontrollen gezeigt werden (-54 % für KCa2.3 und -40 % für KCa3.1). Zusammenfassend liefert die vorliegende Arbeit Hinweise für eine dynamische Mikrokompartimentierung von TRPV4/KCa in Caveolae von Endothelzellen und zeigt die Bedeutung des Caveolin-1 für die endothelialen KCa -Funktionen.  
Physical Description:159 Pages
DOI:https://doi.org/10.17192/z2016.0170