Die Bedeutung des muscarinergen Rezeptors vom m2 Subtyp für die Regulierung des Tonus von Trabekelwerk und Ziliarmuskel des Auges

Abstract

Hintergrund: Ein erhöhter intraokularer Druck (IOD) gilt als wichtigster Risikofaktor für die Entstehung des primär chronischen Offenwinkelglaukoms und ist als einziger direkt behandelbar. 80-90% des Kammerwasserabflusses erfolgen über das Trabekelwerk (TM). Das TM besitzt Eigenschaften glatter Muskulatur und ist neben dem Ziliarmuskel (ZM) aktiv an der Regulation des IOD beteiligt. Eine Relaxation des TM führt zu einer Steigerung des Abflusses und damit zu einer Senkung des IOD, eine Kontraktion hat den gegenteiligen Effekt. Es besteht ein funktioneller Antagonismus zwischen TM und ZM. �Ideale� Glaukommedikamente müssten daher spezifisch das TM relaxieren und den ZM unbeeinflusst lassen. Ziel dieser Arbeit war der molekularbiologische Nachweis des m2 muscarinergen Rezeptors in humanem und bovinem ZM und TM und die Klärung des Effekts von m2-Rezeptor Antagonisten auf den Gewebetonus von ZM und TM. Methoden: Wir führten isometrische Kontraktionsmessungen an Gewebestreifen von ZM und TM aus frischen Rinderaugen mit einem force-length- transducer durch. Western Blot und Immunopräzipitation dienten dem Nachweis des m2 muscarinergen Rezeptors auf Proteinebene in Membranpräparationen von humanem und bovinem TM und ZM. Ergebnisse: Die molekularbiologischen Versuche zeigten die Expression des m2-Rezeptorproteins in kultivierten humanem ZM und TM, sowie in bovinem Nativgewebe. Eine spezifische Bande wurde bei 56 kDa detektiert. Wir testeten zwei verschiedene Antagonisten gegen m2-Rezeptoren hinsichtlich ihres Einflusses auf den Gewebetonus von ZM und TM. Nach einer durch Carbachol (10-6 M = 100% Referenz) ausgelösten Kontraktion wurden die spezifischen Antagonisten appliziert und eine zweite Kontraktion durch Carbachol in Gegenwart der Antagonisten ausgelöst. 3-?-Chloroimperalin (10-6M) hatte keinen Effekt auf eine durch Carbachol ausgelöste Kontraktion in ZM und TM. Methoctramin in den Konzentrationen 10-7M, 10-6M und 5x10-6M reduzierte die Carbachol-induzierte Kontraktion im TM konzentrationsabhängig. Am ZM hatte Methoctramin keinen Effekt. Auch bei gleichzeitiger Blockierung des m3- und m1-muscarinergen Rezeptors konnte Methoctramin die Carbachol-induzierte Kontraktion weiter reduzieren. Diskussion: Wir konnten zum ersten Mal den muscarinergen Rezeptor vom m2 � Subtyp im Trabekelwerk nachweisen. Der m2-spezifische Antagonist Methoctramin reduzierte die durch Carbachol ausgelöste Kontraktion im TM signifikant, der ZM blieb unbeeinflusst. Diese Ergebnissse weisen darauf hin, dass der m2 Rezeptor an der Tonusregulation des TM beteiligt ist. Methoctramin könnte daher ein ideales Glaukommedikament sein. Es weitet die Zwischenräume des TM direkt und könnte so den Kammerwasserabfluss steigern und den IOD senken. Methoctramin hätte als muscarinerger Antagonist gegenüber dem derzeitig eingesetzten muscarinergen Agonisten Pilocarpin den Vorteil, nicht zu einer Kontraktion des Ziliarmuskels und Irissphinkters zu führen. So könnten Nebenwirkungen wie konzentrische Gesichtfeldeinschränkungen, Akkomodationsstörungen und gestörtes Nachtsehen verhindert werden.

Background: Intraocular pressure (IOP) is the most important risk factor for development of open angle glaucoma. The trabecular meshwork is a tissue actively involved in the regulation of IOP via contractile mechanisms. Trabecular meshwork (TM) and ciliary muscle (CM) appear as functional antagonists, with ciliary muscle contraction leading to a distention of TM with subsequent increase of outflow, and with TM contraction leading to the opposite effect. "Ideal" drugs for treating glaucoma should relax the TM while leaving the CM unaffected. The present study was performed to investigate the effects of muscarinic m2-receptor antagonists on TM an CM contractility and to identify the m2 muscarinic receptor in human and bovine TM and CM cells. Methods: Isometric tension measurements of bovine TM and CM strips were performed using a custom-made force length transducer. Western blot and immunoprecipitation analysis was used to detect the m2-receptor protein in membrane preparations of human and bovine TM and CM cells. Results: Immunoblotting results showed the expression of an m2-receptor protein band at 56 kDa in human TM and CM cell cultures and native bovine tissue. Two specific m2-receptor antagonists, 3 alpha-Chloroimperaline and Methoctramine, were tested on TM and CM contractility. After a carbachol-induced contraction (10-6 M set to 100% contractile force), application of 3 alpha-Chloroimperaline (10-6 M) had no effect on the maximal carbachol-induced contraction. Methoctramine induced a significant relaxation at concentrations of 10-7, 10-6 and 5 x 10-6 M even in the presence of m1- and m3-receptor antagonists. Conclusion: These data show the presence of the muscarinic m2-receptor in TM for the first time. This receptor is partly involved in the regulation of TM contractility, suggesting that outflow facility might be influenced by this receptor. Methoctramin reduced the carbachol-induced contraction of TM leaving the CM unaffected. As a muscarinic antagonist it might lower the IOP directly via TM relaxation without leading to side effects caused by CM on iris sphincter contraction as seen in patients using the muscarinic agonist pilocarpin.