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Charakterisierung des non-neuronalen cholinergen Systems in der Tuba uterina der Maus

Characterisation of the non-neuronal cholinergic system in the murine oviduct

Wolff, Miriam


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Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:hebis:26-opus-87515
URL: http://geb.uni-giessen.de/geb/volltexte/2012/8751/

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Freie Schlagwörter (Deutsch): non-neuronales cholinerges System , Tuba uterina , atypische nAChR , Calcium-Imaging , nozizeptive Innervation
Freie Schlagwörter (Englisch): non-neuronal cholinergic system , murine oviduct , atypical nAChR , Calcium-Imaging , nociceptive innervation
Universität Justus-Liebig-Universität Gießen
Institut: Institut für Anatomie und Zellbiologie
Fachgebiet: Biologie
DDC-Sachgruppe: Biowissenschaften, Biologie
Dokumentart: Dissertation
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 08.05.2012
Erstellungsjahr: 2012
Publikationsdatum: 24.05.2012
Kurzfassung auf Deutsch: Die genaue zeitliche Koordination von Eizell-, Embryo- und Spermientransport in der Tuba uterina ist essenziell für eine erfolgreiche Implantation des Embryos im Uterus und damit für eine erfolgreiche Schwangerschaft bzw. Trächtigkeit. Die genauen Regulationsmechanismen sind allerdings noch immer nicht vollständig verstanden. Es gibt Hinweise darauf, dass das cholinerge System in diese Regulation involviert ist. So ist zwar bekannt, dass die Tuba uterina nur eine schwach ausgeprägte cholinerge Innervation aufweist (Garcia-Pascual et al. 1996), trotzdem löst ACh, vermutlich über den muskarinischen Rezeptorsubtyp M3 (Jankovic et al. 2004), Kontraktionen der Tuba uterina aus, welche mit Atropin blockierbar sind (Heilman & Reo 1977). Auch für die Beteiligung von nAChR gibt es Hinweise. So führt Nikotingabe zur Verzögerung der Eizellimplantation (Yoshinaga et al. 1979), Veränderungen der Motilität (Neri & Marcus 1972) und der Blutversorgung der Tuba uterina und zu Veränderungen in der Entwicklung des Embryos (Mitchell & Hammer 1985). Somit könnten nAChR eventuell für das erhöhte Risiko rauchender Frauen für ektopische Schwangerschaften mitverantwortlich sein (Ankum et al. 1996, Castles et al. 1999). Vor kurzem konnte gezeigt werden, dass der Nikotinmetabolit Cotinin über nAChR alpha 7 die Expression des Prokinektinrezeptors 1 reguliert (Shaw et al. 2010). Auch Prokinektinen wird eine Beteiligung an der Regulation der Implantation zugesprochen (Maldonado-Perez et al. 2007). Um einen genaueren Einblick in die mögliche Beteiligung des cholinergen Systems in oviduktale Funktionen zu bekommen, wurde das Vorkommen von Komponenten des cholinergen Systems mittels RT-PCR und Immunhistochemie in Abhängigkeit von Zyklusstand, Trächtigkeit und Segment der Tuba uterina untersucht. Diese Untersuchungen zeigten, dass eine große Anzahl MR und nAChR, abgesehen von nAChR alpha 7 unabhängig vom Zyklusstand des Tieres, vorhanden sind. M1, M3, nAChR alpha 3 und alpha 7 konnten im Epithel nachgewiesen werden. Um die Beteiligung dieser Rezeptoren an der Regulation der intrazellulären Calcium-Konzentration ([Ca²+]i) zu untersuchen, wurden Calcium-Imaging-Untersuchungen mit aus WT-, M1KO- und M3KO-Tieren isolierten oviduktalen zilientragenden und nicht-zilientragende Zellen durchgeführt. Diese Untersuchungen zeigten, dass hauptsächlich der M3-Rezeptor, besonders in nicht-zilientragenden Zellen, an dieser Regulation beteiligt ist. Obwohl Nikotin fast keine Reaktion der Zellen bewirkte, führte die zusätzliche Gabe des nAChR-Inhibitors Mecamylamin zur einer Verstärkung der Reaktionen auf Muskarin, ACh und auch ATP. Die vorhandenen, vermutlich wenig calciumpermeablen oder atypischen nAChR scheinen also eine inhibierende Wirkung auf muskarinische und purinerge Rezeptoren zu haben. Die Regulation der [Ca²+]i scheint also von MR und nAChR gegenläufig reguliert zu werden. Überraschenderweise waren im Gegensatz zur großen Anzahl nachgewiesener ACh-Rezeptoren die typischen cholinergen Marker ChAT, VAChT, AChE und CHT1 nicht oder nur sehr selten nachzuweisen und auch ACh war mittels HPLC nur unregelmäßig nachweisbar. Die unspezifischen Synthese- bzw. Abbauenzyme CarAT und BChE waren allerdings immer nachweisbar. Der Transport von ACh über die Zellmembran wird wahrscheinlich von den regelmäßig nachweisbaren OCTs übernommen. In der Tuba uterina ist also ein nicht-kanonisches cholinerges System vorhanden. Mittels einer ChAT-eGFP exprimierenden transgenen Maus (Tallini et al. 2006) konnte ChAT außer in den ausgesprochen seltenen cholinergen Nervenfasern, in einzelnen glatten Muskelzellen und B-Lymphozyten nachgewiesen werden. Die Tuba uterina weist neben einer sehr ausgeprägten sensorischen Innervation auch eine dichte efferente noradrenerge Innervation auf. Die wenigen vorhandenen cholinergen Nervenfasern enthalten meist zusätzlich das Neuropeptid CGRP. Aufgrund all dieser Daten wäre es denkbar, dass ACh im Eileiter der Maus als eine Art Warnsignal dient und im Bedarfsfall, z.B. bei Verletzung, synthetisiert wird, um mit den ubiquitär vorhandenen ACh-Rezeptoren zu interagieren und eine geeignete Reaktion auf diese Bedrohung auszulösen.
Kurzfassung auf Englisch: The exact temporal coordination of transport of ova, embryo and sperm in the oviduct is essential for the successful implantation of the embryo in the uterus and therewith for a successful pregnancy. Until now, the exact regulation mechanisms of this transport are not fully understood. There are indications that the cholinergic system is involved in this regulation. It is known, that in spite of its scanty cholinergic innervation (for review see Garcia-Pascual et al. 1996) ACh induces contractions of the tuba uterina, probably via the muscarinic receptor subtype M3 (Jancovic et al. 2004), which can be blocked by atropine (Heilman & Reo 1977). Administration of nicotine leads to delayed implantation of the embryo (Yoshinaga et al. 1977), to changes of the motility (Neri & Marcus 1972), of the blood supply and of the development of the embryo (Mitchell & Hammer 1985). Thus, nAChR could at least in part be responsible for the increased risk of ectopic pregnancies in smoking women (Ankum et al. 1985; Castels et al. 1999). Recently, it was shown that the nicotine metabolite cotinine regulates expression of prokinektin receptor 1 via nAChR alpha 7 (Shaw et al. 2010). Prokinektins are probably also involved in the regulation of the implantation (Maldonado-Perez et al. 2007). To get deeper insights in the potential involvement of the cholinergic system in oviductal functions, the presence of the components of the cholinergic system was evaluated by means of RT-PCR and immunohistochemistry with regard to segment of the oviduct, state of estrous cycle and pregnancy of the animal. These evaluations showed a broad variety of MR and nAChR, except for nAChR alpha 7, independent of the hormonal status of the animal. M1, M3, nAChR alpha 3 and alpha 7 were present in the epithelium. To get insights in functional coupling of ACh-receptors to [Ca²+]i calcium imaging experiments using ciliated and non-ciliated cells isolated from WT-, M1KO- and M3KO-mice were performed. These experiments showed that especially in non-ciliated cells M3 is the mayor regulator of [Ca²+]i. Although administration of nicotine resulted in nearly no reaction of cells, administration of the nAChR-inhibitor mecamylamine surprisingly resulted in increased reactions of the cells to muscarine, ACh and also ATP. This shows that nAChR probably have an inhibitory effect on muscarinic and purinergic receptors in the oviduct and that these receptors form mainly weakly calcium permeable or atypical receptors. The regulation of [Ca²+]i seems to be inversely linked by nAChR and MR. In contrast to the broad variety of ACh-receptors present in the oviduct, the classical cholinergic markers, ChAT, VAChT, CHT1 and AChE were not or only seldomly detected, and ACh was only irregularly detected by HPLC. The nonspecific synthesizing- and catabolizing enzymes CarAT and BChE were detected constantly. Transport of ACh across the cell membrane is probably facilitated by OCTs, which were regularly detected. Thus, in the murine tuba uterina a non-canonical cholinergic system is present. Using a transgenic mouse expressing eGFP under the control of the ChAT-promoter (Tallini et al. 2006), ChAT was not only detected in the very infrequent cholinergic nerve fibres, but also in single smooth muscle cells and B-lymphocytes. In general, the oviduct shows a sensory as well as an efferent, noradrenergic innervation. The few additional cholinergic nerve fibres also contain the the neuropeptide CGRP. Collectively, these data suggest that ACh is used as some kind of danger signal in the oviduct, synthesized for example after some kind of trauma to interact with the multiply present ACh receptors and to trigger an appropriate defense mechanism.
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