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Nachweis der alpha3-Untereinheit des nikotinischen Acetylcholin-Rezeptors auf spinalen Atemwegsafferenzen

Hans, Katja


Originalveröffentlichung: (2010) Giessen : VVB Laufersweiler
pdf-Format: Dokument 1.pdf (8.331 KB)

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Universität Justus-Liebig-Universität Gießen
Institut: Institut für Veterinär-Anatomie, -Histologie und -Embryologie
Fachgebiet: Veterinärmedizin
DDC-Sachgruppe: Landwirtschaft
Dokumentart: Dissertation
Zeitschrift, Serie: Edition scientifique
ISBN / ISSN: 978-3-8359-5596-7
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 08.07.2010
Erstellungsjahr: 2010
Publikationsdatum: 22.07.2010
Kurzfassung auf Deutsch: Neben neuronalem ACh wird in den Atemwegen auch auto- und parakrin wirkendes nonneuronales
ACh von verschiedenen Epithelzellen und Immunzellen synthetisiert und
freigesetzt. Einerseits beteiligt es sich an entzündlichen Veränderungen der Atemwege,
andererseits zeigt es antiinflammatorische Effekte. Dennoch sind die Zielstrukturen des
epithelialen ACh noch nicht eindeutig identifiziert. Es ist plausibel anzunehmen, dass
epitheliales ACh vorzugsweise an Strukturen wirkt, die in enger Nachbarschaft zum Epithel
liegen. Neben Zellen des Immunsystems sind insbesondere sensorische Nervenendigungen als
Wirkungsort des epithelialen ACh denkbar.
Die vorliegende Arbeit zeigt erstmals die Expression einer definierten nAChR-Untereinheit
(alpha3) von spinalen Atemwegs-/Lungenafferenzen.
Dafür wurden transgene Mäuse verwendet, in denen das grün fluoreszierende Protein eGFP
unter der Kontrolle der endogenen alpha3-nAChR-Untereinheit Promotoraktivität exprimiert
wird. Mittels retrogradem Tracing mit dem Tracerfarbstoff Fast Blue, der in die Atemwege
bzw. das Lungenparenchym appliziert wurde, konnten zur Lunge bzw. zu den Atemwegen
projizierende DRG-Neurone markiert und somit spinale Atemwegsafferenzen lokalisiert
werden. Um Aussagen über die Qualität dieser Nervenfasern zu treffen, wurden die retrograd
markierten DRG-Neurone auf die Expression des alpha3-eGFP sowie auf ihre Immunreaktivität
gegenüber CGRP (einem Neuropeptid) und NF68 (einem Marker für myelinisierte
Nervenfasern) untersucht. Ebenfalls wurde ihre Somagröße bestimmt.
Die Auswertung zeigte, dass 33% der retrograd markierten DRG-Neurone, die die Atemwege
und Lunge innervieren, die nAChR-Untereinheit alpha3 exprimieren. Die alpha3-Untereinheit kam
nur in DRG-Neuronen vor, die sich ebenfalls CGRP-positiv zeigten. Am häufigsten war eine
FB/alpha3/CGRP-positive Subpopulation, es konnte aber auch eine FB/alpha3/CGRP/NF68-positive
Subpopulation nachgewiesen werden. Die DRGs T1 und T2 zeigten den größten Anteil an
retrograd markierten Neuronen. Die Mehrheit der retrograd markierten Neurone besaß eine
Größe zwischen 15-25 müm. Die retrograd markierten DRG-Neurone, die Immunreaktivität für
NF68 aufwiesen, besaßen im Durchschnitt einen großen Perikaryondurchmesser. alpha3-positive
DRG-Neurone hingegen hatten einen kleineren Perikaryondurchmesser, während solche, die
sich immunreaktiv für CGRP zeigten sowohl kleine als auch große Perikaryondurchmesser
aufwiesen.

Die vorliegende Arbeit weist damit erstmals die alpha3-Untereinheit des nAChR auf sensorischen
Neuronen der unteren Atemwege nach. Die Mehrheit der zur Lunge projizierenden DRGNeurone
konnte den Adelta- und C-Fasern zugeordnet werden. Im Vergleich mit vagalen
Atemwegs-/Lungenafferenzen zeigten sich in der relativen Häufigkeit funktionell definierter
Neuronpopulationen Unterschiede. Eine über die alpha3-Untereinheit vermittelte Erregung
sensorischer Fasern spielt vornehmlich bei spinalen Afferenzen eine Rolle und betrifft sowohl
eine nicht-myelinisierte (C-Fasern) als auch eine myelinisierte (Adelta-Fasern) Population.
Zumindest zwei Populationen spinaler Atemwegs-/Lungenafferenzen können cholinerg über
nAChR mit der alpha3-Untereinheit stimuliert werden. Gemeinsam sind diesen Populationen der
CGRP-Gehalt und die angenommene nozizeptive Funktion. Sensorische Endigungen mit
solcher Funktion sind insbesondere in und unmittelbar unter dem Epithel zu finden, welches
selber eine Quelle von ACh darstellt. Es ist daher anzunehmen, dass epitheliale Stimulation
oder Schädigung mit folgender ACh-Freisetzung der natürliche Initiator der cholinergen
Stimulation CGRP-haltiger sensorischer Endigungen mit nachfolgender CGRP-Freisetzung
und damit der lokalen Einleitung einer inflammatorischen Reaktion ist.
Kurzfassung auf Englisch: In the respiratory tract, acetylcholine (ACh) is synthesized and released both by neuronal and
non-neuronal cells, acting in auto- and paracrine fashion. On the one hand, it parties involved
in inflammatory reactions of the respiratory tract, on the other hand it also shows antiinflammatory
effects. Still, the cellular targets of non-neuronal ACh have not been
unequivocally identified so far. It is plausible to suppose that epithelial ACh most likely acts
upon structures in close vicinity to the epithelium. In addition to cells of the immune system,
sensory nerve endings are likely targets of epithelial ACh.
This study is the first to show the expression of a defined nAChR-subunit (alpha3) by spinal
respiratory/pulmonary afferents.
Transgenic mice were used in which the green fluorescent protein eGFP is expressed under
the control of the endogenous alpha3-nAChR-subunit promotor activity. DRG neurons projecting
to the lung resp. respiratory tract were identified by retrograde neuronal tracing. To this end,
the fluorescent tracer Fast Blue was applied into the airways and the lung parenchyma. To
make statements about the quality of the airway/lung projecting neurons, the retrogradely
labeled DRG-neurons were examined for their expression of alpha3-eGFP as well as for their
immunoreactivity to CGRP (a neuropeptide) and NF68 (a marker for myelinated nerve
fibers). Also, their soma size was determined.
The evaluation shows that 33% of the retrogradely labeled DRG-neurons which innervate the
respiratory tract and the lung express the nAChR-subunit alpha3. The alpha3 subunit exclusively
appeared in DRG neurons that also were CGRP-positive. Most frequent was a FB/alpha3/CGRPpositive
subpopulation; a FB/alpha3/CGRP/NF68-positive subpopulation, however, could also be
noted. The DRGs T1 and T2 showed the biggest share of retrogradely labeled neurons. The
majority of retrogradely labeled neurons were in a size range of 15-35 mm. Those
retrogradely labeled DRG-neurons that showed immunoreactivity for NF68 on average
featured a large soma size. Alpha3-Subunit-positive DRG-neurons, however, featured a smaller
soma size, while those that exhibited immunoreactivity to CGRP featured both, small and
large soma size.
This study is the first to demonstrate the alpha3-subunit of nAChR being bexpressed by to sensory
neurons innervating the lower respiratory tract. The majority of DRG neurons projecting to
the lung could be classified as Adelta and C-fibers. Compared to vagal airway/lung afferents,
differences became obvious concerning the relative frequency of functionally defined neuron

populations. A stimulation of sensory fibers transmitted by the alpha3 subunit mainly plays a role
in spinal afferents and concerns both a non-myelinated (C-fiber) and a myelinated (Adelta-fiber)
population.
At least two populations of spinal airway/lung afferents may be cholinergically excited by
nAChR with the alpha3 subunit. The commonness of these populations is their CGRP content and
the assumed nociceptive function. Sensory endings with such functions can be found in and
immediately below the epithelium, which itself is a source of ACh. Therefore, it can be
assumed that epithelial stimulation or damage with the consequent of ACh release is a natural
initiator of the cholinergic stimulation of CGRP containing sensory endings with consequent
release of CGRP and thus of the local initiation of an inflammatory response.