Funktionsuntersuchungen zum Einfluss von Temperatur auf den ziliären Transport in der Trachea von Mäusen

Die mukoziliäre Clearance dient u. a. dem Schutz der Atemwege vor inhalierten Fremdstoffen. Die KSF wird dabei als wichtigste Determinante der mukoziliären Reinigung angesehen. Sie unterliegt zahlreichen Einflussfaktoren und kann an sich verändernde Umweltbedingungen angepasst werden. Neben einem Grundzustand, in dem die Kinozilien mit geringerer Frequenz schlagen, existiert daher ein Zustand gesteigerter KSF. Die molekularen Mechanismen, die bei der Regulation der beiden Zustandsformen der ziliären Aktivität eine Rolle spielen, sind komplex und werden in der Literatur kontrovers diskutiert. Intrazelluläre Ca2+-Ionen scheinen dabei jedoch speziesübergreifen eine zentrale Rolle einzunehmen. Während der Effekt extrazellulärer Rezeptoragonisten, wie z. B. ATP, auf die ziliäre Aktivität umfassend erforscht ist, sind die ziliäre Grundaktivität und der Einfluss der Temperatur auf die ziliäre Aktivität und die dabei zugrunde liegenden zellulären Mechanismen weitestgehend unerforscht. In der hier vorliegenden Arbeit wurde die ziliäre Aktivität ex vivo untersucht. Das verwendete Messsystem ermöglichte es, die ziliäre Aktivität mit Hilfe eines videomikroskopischen Systems aufzuzeichnen. Untersucht wurde der Einfluss einer passageren Temperaturveränderung auf die KSF und die Transportgeschwindigkeit von Dynabeads (PTG) in der Trachea von Mäusen. Es konnte gezeigt werden, dass Temperaturveränderungen einen reversiblen und wiederholbaren Einfluss auf die KSF und PTG ausüben. Die beobachteten temperaturabhängigen Veränderungen der KSF bzw. PTG zeigten dabei eine Abhängigkeit von der Temperaturdifferenz. Während passagere Temperaturerhöhungen von 30 °C auf 34 °C und 37 °C zu einer Steigerung der PTG führten, wurden die maximalen PTG und KSF bei einer Temperatur von 41 °C gemessen. Die passagere Temperaturerniedrigung auf 22 °C dagegen führte zu einem funktionellen Stillstand des Partikeltransports, die in der Messung minimaler KSF resultierte. Im untersuchten Temperaturintervall zeigte sich dabei ein nahezu linearer Zusammenhang zwischen Temperatur und der ziliären Transportleistung. Unter Verwendung von Ca2+-freier HEPES-Ringer-Pufferlösung und zusätzlicher Applikation von BAPTA/AM und EGTA wurde ferner die Bedeutung intrazellulärer Ca2+-Ionen bei der Regulation der ziliären Grundaktivität und der Vermittlung temperaturabhängiger Veränderungen der PTG untersucht. Die Applikation von BAPTA/AM zeigte sich dabei ohne Auswirkung auf die ziliäre Grundaktivität und den zuvor festgestellten reversiblen und wiederholbaren Effekt einer passageren einmaligen oder zweimaligen Veränderung der Versuchstemperatur auf die PTG. Diese Beobachtungen liefern Hinweise auf eine mögliche Unabhängigkeit in der Aufrechterhaltung der ziliären Grundaktivität und der Vermittlung temperaturabhängiger Veränderungen der PTG von intrazellulären Ca2+-Ionen. Die zugrunde liegenden zellulären Mechanismen konnten letztendlich jedoch nicht abschließend geklärt werden. Klarheit könnten Versuche mit zusätzlicher Blockade cAMP- und cGMP-abhängiger Signalkaskaden oder der zusätzlichen Entleerung der intrazellulären Calciumspeicher im Rahmen von zukünftigen Forschungsprojekten schaffen.