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Einfluss des Kationenkanals TRPV4 auf KCl-induzierte Ca2+-Transienten in isolierten Skelettmuskelfasern der Maus

  • Als Teil der TRP-Ionenkanalfamilie handelt es sich bei dem TRPV4 um einen nicht selektiven Kationenkanal mit einer höheren Spezifität gegenüber Kalziumionen im Ver-gleich zu anderen Kationen. Dieser Kanal ist bereits in einer Vielzahl von Geweben mit unterschiedlichen Funktionen beschrieben worden, über seine genaue Funktion in der quergestreiften Muskulatur ist jedoch bisher wenig bekannt. Untersuchungen an Dystrophin-defizienten-Mausmuskelfasern – einem Modell für die Muskeldystrophie vom Typ Duchenne – zeigten einen erhöhten intrazellulären Kalzi-umgehalt auf, der für die pathogenetischen Veränderungen wie Muskelzellnekrosen und verstärkter Fibrosierung im Rahmen dieser Erkrankung verantwortlich gemacht wird. Durch seine hohe Ionenselektivität und dadurch bedingte Einflussnahme auf die Kalzi-umhomöostase ist eine Beteiligung des TRPV4 in diesem Zusammenhang denkbar. Pritshow et. al. konnten zudem zeigen, dass der TRPV4 Kanal in quergestreifter Musku-latur eines Wildtyp-Mausmodells unter gezielter Stimulation positiven Einfluss auf die maximale Kraftentwicklung und Ermüdungserscheinungen nimmt. Auf Basis dieser Erkenntnisse sind in der vorliegenden Arbeit elektrophysiologische Untersuchungen des TRPV4 Kanals mit den spezifischen Kanalaktivatoren 4α-PDD und GSK1016790A an isolierten TRPV4 Wildtyp-und Knockout-Skelettmuskelfasern der Maus durchgeführt worden. Untersuchungsgegenstand waren dabei mittels Kalium-chlorid induzierte Kalziumtransienten, die sich unter dem Einfluss der TRPV4 Kanalak-tivität veränderten. Die Ergebnisse zeigten, dass 4α-PDD in Wildtyp-Skelettmuskelfasern zu einer höheren Offenheitswahrscheinlichkeit des TRPV4 und damit auch zu einem vermehrten Ein-strom an Kalziumionen, erkennbar am langsameren Abklingen des Transienten, führt. Im Gegensatz dazu führte die Stimulation mit 4α-PDD in TRPV4 Knockout-Skelettmuskelfasern zu einem schnelleren Abklingen des Transienten im Vergleich zur Kontrolle – ein Effekt, der bis dato in der Literatur nicht erklärt werden kann. Des Wei-teren erreichten die induzierten Kalziumtransienten schneller das Maximum, Grund hierfür könnte eine mögliche Gegenregulation anderer TRP-Kanäle sein. Die Anwendung des selektiven TRPV4 Kanalaktivators GSK1016790A ergab keine signifikanten Veränderungen im Vergleich zur unstimulierten Situation. Da es bisher keine Daten zur Verwendung von GSK1016790A im Zusammenhang mit Skelettmus-kelfasern gibt, die zum Vergleich herangezogen werden konnten, sind Aussage-und Interpretationsmöglichkeiten bezüglich Validität und Reliabilität begrenzt. Die Einflussnahme des TRPV4 auf die gemessenen Kalziumtransienten und der dadurch erzielten Modulation der Kalziumhomöostase in isolierten Skelettmuskelfasern ist durch die Ergebnisse belegt. Welche Interventionsmöglichkeiten sich damit bezüglich der Duchenne Muskeldystrophie ergeben, sollte Gegenstand weiterer Untersuchungen sein.
  • Among the TRP ion channel family, the TRPV4 is a highly selective cation channel with a strong preference for calcium ions compared to other cations. Its appearance has been described in a multitude of tissues, relating to diverse functions. However, its precise role in the skeletal muscle is nearly unknown so far. Dystrophin-deficient mouse muscle fibres are a common model for the exploration of the disease pattern of Duchenne muscular dystrophy and known to show an elevated intracellular amount of calcium. It has been discussed, that these increased calcium levels could be responsible for the disease typical pathogen changes like muscle cell necrosis and intensified fibrosis. Due to its ion selectivity and influence on the calcium homeostasis, the TRPV4 might be involved. So far, the study group of Pritshow et.al. has shown a positive effect of TRPV4 on the development of maximum muscle power and the event of trying in the skeletal muscle of a wildtype mouse model, after direct stimulation. On the basis of these findings, the presented work analyses the influence of the specific channel activators 4α-PDD and GSK1016790A, using isolated TRPV4 wildtype and knockout skeletal muscle fibres of mice. Subject of interest has been changes of the potassium chloride induced calcium transients and its modulation under TRPV4 activity. The results show, that the channel activator 4α-PDD leads to an increased open probability of TRPV4 in wildtype skeletal muscle fibres and thus, to an increased influx of calcium ions. This is visualized by a slower decay of the transient. In contrast, stimulation of 4α-PDD in knockout skeletal muscle fibres somehow results in a more rapid decay of the transient compared to control – an effect that has never been published to date and cannot be explained so far. In addition the induced calcium transients climaxed significantly faster, a potential reverse regulation of other TRP-channels have to be taken into account. The application of the specific TRPV4 activator GSK1016790A had no effect. As there is currently no data referring to the use of GSK1016790A in skeletal muscle fibres that could be used for comparison, interpretation regarding validity and reliability is limited. In conclusion, the data of this work clearly demonstrates the influence of TRPV4 on the measured calcium transients and therefore its possibility to modulate calcium homeostasis in isolated skeletal muscle fibres. The supposable potential of intervention and therapy regarding the Duchenne muscular dystrophy, has to be subject to further investigation.

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Metadaten
Author: Markus Princk
URN:urn:nbn:de:gbv:9-002404-7
Title Additional (English):Influence of the cation channel TRPV4 on KCl-induced Ca2+ transients in isolated skeletal muscle fibers of mice
Advisor:Prof. Dr. Heinrich Brinkmeier
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of Publication (online):2016/01/08
Granting Institution:Ernst-Moritz-Arndt-Universität, Universitätsmedizin (bis 31.05.2018)
Date of final exam:2015/12/15
Release Date:2016/01/08
Tag:4α-PDD, Ca2+ transient, GSK1016790A, Skelettmuskelfaser, TRPV4
GND Keyword:Fluoreszenzmikroskopie, Kalziumkanal, Skelettmuskel, TRPV4-Kanal
Faculties:Universitätsmedizin / Institut für Pathophysiologie
DDC class:600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 610 Medizin und Gesundheit