Verminderte Expression und Funktion kalziumaktivierter Kaliumkanäle im neointimalen Endothel

Abstract

Endotheliale Ca2+-aktivierte Kaliumkanäle (KCa-Kanäle) spielen eine wichtige Rolle bei der Regulation der Ca2+-Homöostase und sind daher an der Signaltransduktion der endothelabhängigen Vasodilatation wesentlich beteiligt. In der vorliegenden Arbeit wurde die Elektrophysiologie und Genexpression von KCa-Kanälen einzelner EC in der ACC der Ratte in situ untersucht. Die gemessenen Ströme zeigten die Charakteristika der KCa-Subtypen mit niedriger (SK) bzw. mittlerer (IK) Leitfähigkeit. Bei zusätzlich durchgeführten Membranpotenzialmessungen elektrisch gekoppelter Zellen des intakten Endothels konnte durch ACh eine Zellhyperpolarisation hervorgerufen werden, die durch APA und CTX vollständig blockiert und durch 1-EBIO dosisabhängig verstärkt werden konnte. Parallel dazu wurde die Expression des IK1 und des SK3 mittels Einzelzell-RT-PCR detektiert. Es ist somit der Nachweis gelungen, dass die Ca2+-aktivierten Kaliumströme im intakten Endothel der ACC der Ratte auf der Expression dieser beiden Gene basieren. Der KCa-Kanal mit hoher Leitfähigkeit (MK) konnte dagegen weder in den funktionellen noch in den molekularbiologischen Untersuchungen nachgewiesen werden. Diese Ergebnisse weisen darauf hin, dass die KCa-Subtypen SK3 und IK1 die agonisten-induzierte endotheliale Hyperpolarisation der ACC der Ratte vermitteln und somit eine wichtige Rolle bei der endothelvermittelten Vasodilatation spielen. Nach Ballonkatheterdilatation zeigen sich im regenerierten Endothel phänotypische und funktionelle Veränderungen. Dies führt u.a. zu einer verminderten Zellhyperpolarisation und einer gestörten endothelabhängigen Vasodilatation. In der vorliegenden Arbeit wurde daher die Funktion und Expression der KCa- Kanäle im regenerierten Endothel sechs Wochen nach Ballonkatheterdilatation untersucht. Dabei war die Prozentzahl der EC, die die KCa-Gene exprimierten bei den regenerierten Endothelzellen im Vergleich zu deren Expression in den nativen EC signifikant niedriger. Die Patch-clamp-Untersuchen ergaben im regenerierten Endothel eine stark verminderte agonisten-induzierte Hyperpolarisation im Vergleich zum nativen Endothel. Außerdem konnten im regenerierten Endothel bei deutlich weniger EC als im nativen Endothel kalziumaktivierte hyperpolarisierende Kalium-Auswärtsströme beobachtet werden. Diese Ergebnisse zeigen, dass das regenerierte Endothel nach Ballondilatation eine deutlich verminderte Fähigkeit zur Hyperpolarisation aufweist, die auf eine im Gegensatz zum nativen Endothel erniedrigte Expression der KCa-Kanäle zurückzuführen ist. Die erniedrigte Expression und Funktion der KCa-Kanäle erklärt also zumindest teilweise die Verminderung der endothelabhängigen Vasodilatation im regenerierten Endothel.

Ca2+-activated potassium channels (KCa) in endothelial cells play an important role in regulating the Ca2+ homeostasis and releasing vasodilating factors such as nitric oxide (NO), prostacyclin, and the endothelium-derived hyperpolarizing factor (EDHF). In this study we tested expression and function of KCa in native endothelium cells (EC) of rat coronary artery by using single-cell RT-PCR and patch-clamp-techniques. In in situ whole-cell patch- clamp experiments, we observed hyperpolarizing Ca2+-dependent K currents, which exhibited the characteristics of small KCa (SK) and intermediate KCa (IK). Current clamp experiments in layers supported this interpretation as the combination of APA and CLT, but not IbTX reversed ACh-induced hyperpolarization. In single-cell PT-PCR experiments was demonstrated that single EC in situ expressed SK3 and IK1 genes. The results indicate that expression of these genes confers endothelial hyperpolarisazion in rat coronary artery. Balloon catheterization induces endothelial ablation and stimulates the migration and proliferation of adjacent endothelium. However, the function of this regenerated endothelium has been shown to be abnormal. This contributes to abnormal vasoregulation. Here we tested expression and function of KCa in regenerated endothelium at 6 weeks after balloon catheter injury of rat carotid artery. In single regenerated endothelial cells, the percentage of EC expressing the KCa genes, SK3 and IK1 was significantly lower compared to native EC. In patch-clamp experiments, KCa currents and acetylcholine-induced hyperpolarization were markedly reduced in regenerated EC compared to native EC. In conclusion, the impaired expression of KCa in regenerated endothelium results in defective hyperpolarization. Thus, the impaired KCa function contributes to functional alterations of regenerated endothelium after balloon catheter injury.