Erhöhte Expression und Funktion Ca2+ -aktivierter K+ -Kanäle im Endothel von Mesenterialarterien bei Patienten mit Kolonkarzinom

Abstract

Ca2+-aktivierte K+-Kanäle (KCa) nehmen eine bedeutende Rolle in der Kontrolle endothelialer Funktionen wie der Regulation des Gefäßtonus und der Zellproliferation ein. In der vorliegenden Studie wurde eine Methode für die Einzelzell-RT-PCR-Analyse in Kombination mit der Patch-clamp-Technik etabliert, um die Expression und Funktion von KCa einzelner Endothelzellen innerhalb des Zellverbandes von intakten humanen Mesenterialarterien (MA) in situ zu charakterisieren. Zusätzlich wurde in dieser Arbeit geprüft, ob sich die KCa-Expression und -Funktion im Endothel in erkranktem Gewebe verändert, wofür ein Vergleich der MA von Patienten mit einem Adenokarzinom des Kolons (Tumorpatienten) und der einer Kontrollgruppe mit inaktiver Divertikulitis durchgeführt wurde. Mittels kombinierter Patch-clamp-Messungen und molekularbiologischen Untersuchungen konnten KCa-Ströme identifiziert und charakterisiert werden, die auf der Expression des KCa-Gens hIK1 beruhten. Die Expression und Funktion von hIK1 war jedoch auf eine Subpopulation der Endothelzellen beschränkt. Dieses heterogene Funktions- und Expressionsprofil könnte auf eine Spezialisierung einzelner Zellen innerhalb der Endothelzellschicht hindeuten. In den Endothelzellen der Tumorpatienten war die hIK1-Expression signifikant um das Zweieinhalbfache im Vergleich zur Kontrollgruppe erhöht. Ausschließlich bei Tumorpatienten und lediglich in hIK1-positiven Zellen konnte zusätzlich der MKCa elektrophysiologisch nachgewiesen und eine dazu korrespondierende Expression des KCa-Gens hSlo detektiert werden. Die Expression der beiden Kanäle könnte miteinander gekoppelt sein. Die erhöhte KCa-Expression in den HMAEC der Tumorpatienten führte zu einer 2,7-fach gesteigerten Bradykinin-induzierten endothelialen Hyperpolarisation des Membranpotentials im Vergleich zur Kontrollgruppe, so dass wiederum eine Korrelation von RT-PCR- und Patch-clamp-Daten zu erkennen war. Die Hyperpolarisation wurde nur durch Blockade des hIK1 und nicht des MK beeinflusst. Die gesteigerte Expression und Funktion von KCa lässt eine veränderte Funktion des Endothels in MA von Tumorpatienten annehmen und könnte eine wichtige Rolle bei Angiogeneseprozessen spielen und möglicherweise einen neuartigen therapeutischen Angriffspunkt bilden.

Ca(2+)-activated K(+) (K(Ca)) channels have been suggested to play a role in the control of endothelial functions such as regulation of vascular tone and cell proliferation. We established a method for single-cell reverse transcriptase-polymerase chain reaction analysis in combination with the patch-clamp technique to characterize K(Ca) channel expression and function in single endothelial cells (ECs) within the endothelial monolayer of intact human mesenteric arteries (MAs) and in disease states. We tested whether endothelial K(Ca) channel expression and function are altered in MAs obtained from patients with colonic adenocarcinoma (CA) compared with those in MAs from non-cancer patients with inactive diverticulitis. Expression of the intermediate-conductance K(Ca) channel (hIK1) was detected in non-cancer and CA patients. In whole-cell patch-clamp measurements, only ECs expressing hIK1 exhibited corresponding K(Ca) currents, whereas respective K(Ca) currents were missing in hIK1-negative ECs. This heterogeneity of hIK1 expression patterns is indicative of a specialized subset of ECs within the endothelial monolayer. In CA patients, compared with non-cancer patients, a 2.5-fold increase in hIK1-expressing ECs per MA was observed (P:<0.05). However, K(Ca) current densities in hIK1-expressing ECs of both groups were similar. In addition to hIK1, expression of the large-conductance K(Ca) channel (hSlo) was detected in single ECs from CA patients. The increased K(Ca) channel expression in CA patients resulted in a 2. 7-fold increase of bradykinin-induced endothelial hyperpolarization compared with controls (P:<0.05). This increased expression and function of K(Ca) channels might indicate an altered functional state of the endothelium in cancer patients and could play a role in tumor angiogenesis.