Regulation des Epithelialen Natriumkanals (ENaC) im Kolon der Ratte durch MAP- Kinasen

Abstract

Der epitheliale Natriumkanal (ENaC) ist das Schlüsselprotein für die Regulation des Natriumhaushalts bei Wirbeltieren. Er befindet sich in der apikalen Membran von Epithelzellen unterschiedlicher Gewebe wie z.B. dem Sammelrohr der Niere, dem distalen Kolon, den Schweißdrüsen und der Lunge. Im distalen Kolon ist der ENaC geschwindigkeitsbestimmend für die aktive elektrogene Natriumresorption; die Regulation erfolgt durch nanomolare Konzentrationen von Aldosteron und andere Kortikosteroide unter anderem über den Mineralokortikoidrezeptor. An humanem Gewebe konnte gezeigt werden, dass die Expression der β- und γ-Untereinheiten des ENaC bei der chronisch entzündlichen Darmerkrankung Colitis ulcerosa vermindert ist, was zu einer Hemmung der Natriumresorption im distalen Kolon führt und zur Diarrhoe beiträgt. Die vorliegende Arbeit befasste sich deshalb mit der Regulation des ENaC im distalen Kolon durch MAPK in vitro. Zunächst konnte mittels elektrophysiologischer Untersuchungen in Ussing-Kammern eine maximale Induktion des ENaC durch Aldosteron im spätdistalen Teil des Rattenkolons lokalisiert werden. Im Weiteren wurde der Einfluss von Inhibitoren der MAPK- Signaltransduktionswege auf den ENaC untersucht. Dabei konnte eine Reduktion des aldosteroninduzierten elektrogenen Natriumtransport durch den ERK- Inhibitor PD98059 um ca. 50% gezeigt werden. Diese Beobachtung bestätigte sich auf biochemischer Ebene: Die Transkription von mRNA der β- und γ-Untereinheit nahm im Northern Blot deutlich ab. Ebenso konnte gezeigt werden, dass der ERK- Inhibitor U0126 den aldosteroninduzierten elektrogenen Natriumtransport stark hemmt. Ein Hemmstoff des p38-Signaltransduktionswegs zeigte ebenfalls eine ca. 50%ige Inhibition. Um einen möglichen Aktivator der Signaltransduktionskaskaden zu untersuchen, wurde TPA appliziert, woraufhin der Kurzschlussstrom anstieg. Da dieser Effekt nur kurzzeitig beobachtet werden konnte, war eine Unterscheidung zwischen elektrogenem Natriumtransport und z.B. Chloridsekretion nicht möglich. Diese Ergebnisse mit einer Reduktion des aldosteroninduzierten Natriumtransports durch die ERK-Inhibitoren PD98059 und U0126 sowie den Abfall der mRNA der β- und γ-Untereinheiten durch den ERK- Inhibitor PD98059 sowie einer Reduktion des aldosteroninduzierten Natriumtransports durch den p38-MAPK-Inhibitor SB202190 deuten auf eine unterstützende Rolle der MAPK-Signaltransduktionswege für den Natriumtransport im Kolonepithel hin und machen einen direkten Einfluss der Proteinkinase C unwahrscheinlich.

The epithelial sodium channel (ENaC) is the key protein for the regulation of sodium balance in vertebrates. It is located in the apical membrane of epithelial cells of different tissues such as renal collecting duct, distal colon, and lung. The channel consists of the three subunits alpha, beta and gamma and is known as the rate-limiting step for sodium absorption. In colon and kidney, the channel is primarily regulated by aldosterone via the mineralocorticoid receptor, and additional mechanisms are discussed. This study focused on the regulation of ENaC in rat distal colon by MAPK in vitro. First, electrophysiological experiments employing Ussing chambers showed a maximal induction of ENaC by aldosterone in the late distal colon. When investigating the influence of MAPK-inhibitors on ENaC, a reduction of the aldosterone-induced electrogenic sodium transport by the ERK-inhibitor PD98059 by 50% was observed. This was confirmed on RNA-level, as the transcription of ENaC-beta- and gamma-subunit-mRNA was significantly reduced. Furthermore, the ERK-inhibitor U0126 and the p38-inhibitor SB202190 were both shown to diminish electrogenic sodium transport. The proteine kinase C activator TPA was applied to study a possible activator of MAPK, causing a short-term increase in short circuit current. These results indicate a supportive role of MAPK signal transduction during induction of the epithelial sodium channel ENaC in distal colon.