Analyse von Transport- und Barrierefunktionen des Epithels: Charakterisierung von Tight Junction-Proteinen und Regulation des Epithelialen Na+-Kanals (ENaC)

Abstract

Die vorliegende Arbeit beschreibt die funktionelle Charakterisierung von Tight Junction-Proteinen, die Analyse der Induktion des Epithelialen Na+-Kanals (ENaC), die Rolle der Untersuchungsobjekte bei physiologischen und pathophysiologischen Vorgängen und den Nachweis der synergistischen Regulation von Transport und Barriere im Colon sigmoideum. In Bezug auf die Charakterisierung der Tight Junction-Proteine konnte eine Porenfunktion von Claudin-2, eine abdichtende Funktion von Claudin-5 und eine Mg2+-Permeabilität von Claudin-16 nachgewiesen werden. Für eine Reihe von Varianten von Claudin-16, welche im Zusammenhang mit familiärer Hypomagnesämie mit Hypercalcurie und Nephrocalcinose (FNHHC) stehen, wurde eine direkte Dysfunktion im Epithelzellmodell nachgewiesen. Darüber hinaus wurde die molekulare Grundlage der dichten Barriere der Marginalzellen der Stria vascularis aufgeklärt. Die Analyse der Regulation des epithelialen Na+-Kanals im distalen Colon der Ratte zeigte, dass Aldosteron bereits initial die Transkription der beta- und gamma-Untereinheiten des ENaC induziert. Die Verwendung identischer Gewebepräparate für die funktionelle und molekulare Analyse ermöglichte den Nachweis, dass die ENaC-Regulation im distalen Colon auf rein transkriptioneller Ebene erklärt werden kann. Darüber hinaus konnte eine Hemmung der Induktion des ENaC in der entzündeten Colonmucosa von Colitis ulcerosa-Patienten nachgewiesen werden. Im gesunden Colon von Ratte und Mensch wurde ein direkt hemmender Effekt von proinflammatorischen Zytokinen auf die ENaC-Induktion aufgezeigt. Schließlich konnte ein direkter funktioneller Zusammenhang zwischen der Regulation des Ionentransports und der parazellulären Abdichtung gefunden werden: Während der Induktion des elektrogenen Na+-Transports verhindert eine verstärkte Abdichtung des Interzellularspalts den parazellulären Rückfluss von Na+ und trägt somit zu einer erhöhten Effizienz des Na+-Transports bei.

This thesis for a postdoctoral lecture qualification focuses on functional characterization of tight junction proteins, analysis of induction of the epithelial sodium channel (ENaC), and identification of a synergistic regulation of transport and barrier in colon sigmoideum. Claudin-2 acts as a paracellular cation channel, claudin-5 tightens the barrier, and claudin-16 mediates magnesium permeability. Mutations of claudin-16, which has been associated to familial hypomagnesemia with hypercalcuria and nephrocalcinosis (FHHNC) directly result in a dysfunction of the protein in an epithelial cell model. In addition, the molecular basis for the tight barrier of stria vascularis marginal cells was identified. Analysis of the regulation of the epithelial sodium channel ENaC in distal colon of the rat revealed that aldosterone initially induces transcription of beta and gamma subunits. The use of selfsame tissues showed that ENaC induction in distal colon can be explained on transcriptional level alone. In addition, an inhibition of ENaC in inflamed colon of patients with ulcerative colitis was observed. In healthy colon of rat and man an inhibitory effect of proinflammatory cytokines on ENaC was identified. Moreover, a direct functional link between regulation of ion transport and paracellular sealing was observed: During induction of electrogenic sodium transport, a tightening of the paracellular pathway prevents a back-leak of sodium into the lumen, thereby increasing efficiency of sodium transport.