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Die Mechanismen, die zur Adaption quergestreifter Muskulatur an extrinsische und intrinsische Bedingungen führen, sind heute zu großen Teilen ungeklärt.
In Muskeldystrophien sind die Bedingungen für Muskelentwicklung, Wachstum und Adaption verändert, was den Muskel einer progredienten Degeneration unterwirft. Die Rolle der Familie der TRP-Ionenkanäle für diese Veränderung der Bedingungen ist hier Gegenstand
der Forschung. Aktuell wird die Rolle der ubiquitär exprimierten Kanäle mit
der Sensorik von Geschmack, Temperatur, Osmolarität, Nozizeption sowie taktiler Reize angegeben. Mit dem Nachweis der Mechanosensitivität des TRPV4-Kanals wurde dessen
Bedeutung in Muskelfasern stärker erforscht.
In der vorliegenden Dissertation wurde in diesem Zusammenhang die Frage nach einer möglichen Rolle der Kanäle in der Pathophysiologie von Muskeldystrophien gestellt
und demgemäß sowohl Beobachtungen am TRPV4-defizienten, als auch am Dystrophin-defizienten Mausmodell durchgeführt. Dazu wurden Untersuchungen an repräsentativen
Unterschenkelmuskeln (m. soleus, m. tibialis anterior, m. extensor digitorum longus) und dem Haupt-Atemmuskel (Zwerchfell) am trpv4-knock-out-Mausmodell durchgeführt und mit
dem korrespondierenden Wildtyp verglichen. Dieselben Analysen wurden gleichermaßen
am allgemein akzeptierten Mausmodell für die Duchenne Muskeldystrophie umgesetzt
und ebenfalls dem korrespondierenden Wildtyp gegenübergestellt. Die im dystrophen mdx-Modell typischen Veränderungen der Skelettmuskulatur (Dissemination der Faserkaliber,
Bindegewebsvermehrung und Fasertypen-Shift) wurden erwartungsgemäß nachgewiesen.
Es ergab sich eine signifikante Abweichung der Varianz der Faserkaliber in
den HE-gefärbten Muskelquerschnitten. Diese Unterschiede konnten beim Vergleich der
TRPV4-defizienten Mutante mit ihrem Wildtyp nicht nachgewiesen werden. Die in der DMD typische Zunahme von Bindegewebe im Muskelquerschnitt stellte sich in unseren
Versuchen deutlich dar. Für alle vier untersuchten Muskeln zeigte sich nach Auswertung
Sirius-Red-gefärbter Muskelquerschnitte ein etwa doppelt so großer Anteil an Bindegewebe wie im Wildtyp. Im Vergleich der TRPV4-defizienten Mutante mit ihrem Wildtyp ergab sich kein signifikanter Unterschied in Bezug auf den Bindegewebsanteil. Der in der
DMD bekannte Untergang schnellerer Muskelfasern und die Neubildung langsamerer
Fasern (Fasertypen-Shift) deutete sich in unseren Untersuchungen zur immunhistochemischen
Fasertypisierung an. Bei geringer Größe der Stichprobe konnten jedoch kaum
statistisch signifikante Unterschiede nachgewiesen werden. Im Vergleich der Fasertypisierung
der TRPV4-defizienten Mutante mit ihrem korrespondierenden Wildtyp ergaben sich nahezu keine Unterschiede.
Zusammengefasst ergaben sich in unseren histologischen Untersuchungen im Wesentlichen
keine signifikanten Unterschiede zwischen der Skelettmuskelkonstitution der trpv4-knock-out-Mutante und ihrem Wildtyp. So kann geschlussfolgert werden, dass die Abwesenheit des
TRPV4-Kationenkanals keine Auswirkung auf das Wachstum und die Entwicklung der
untersuchten quergestreiften Muskulatur hat und insbesondere nicht zu den bei der DMD typischen Veränderung der Muskelkonstitution führt.
Diese Ergebnisse lassen den generellen therapeutischen Einsatz von spezifischen TRPV4-Blockern mannigfaltiger Erkrankungen (beispielsweise des Rechtsherz-Insuffizienz-bedingten Lungenödems) noch verheißungsvoller erscheinen, da zunächst von unerwünschten Wirkungen in Bezug auf die Skelettmuskelkonstitution nicht ausgegangen werden muss.
Im Falle eines noch zu erbringenden Nachweises einer bedeutsamen Rolle für die Pathophysiologie
in Muskeldystrophien könnte eine spezifische Hemmung womöglich zur Verbesserung der Kalzium-Homöostase beitragen, ohne dass schwere Fehlentwicklungen
befürchtet werden müssen.
Die Duchenne Muskeldystrophie ist eine der häufigsten monogenen Erbkrankheiten des Kindesalters. Mutationen in dem für das Dystrophin codierenden Genabschnitt führen zur Dystrophin-Defizienz und damit zur Schwächung der Verbindung zwischen den intrazellulären Muskelfilamenten und der extrazellulären Matrix. In der Folge kommt es zu Faseruntergängen und anhaltenden entzündlichen Prozessen. Schließlich wird das Muskelgewebe der Betroffenen von Narbengewebe, wie Bindegewebe und Fett ersetzt. In den letzten Jahren ist die progrediente Fibrosierung bei Duchenne Patienten in den Fokus der Forschung gerückt. In diesem Zusammenhang konnte die Serum- und Glukokortikoid induzierbare Kinase 1 (SGK1), welche einerseits in allen Geweben exprimiert wird und andererseits an der Entwicklung der Fibrose in verschiedenen Organen beteiligt ist, als mögliche Zielstruktur identifiziert werden. Um die Funktion der SGK1 für den Skelettmuskel genauer untersuchen zu können, wurden in der vorliegenden Arbeit Kraftmessungen an isolierten Mm. solei und Zwerchfellsegmenten 100 Tage alter mdx, Wildtyp (WT) und SGK1-defizienter (sgk1 /-) Mäuse durchgeführt. Zusätzlich konnten für dieses Projekt Dystrophin-defiziente Mäuse gezüchtet werden, welchen zusätzlich das SGK1-Gen fehlte (mdx/sgk1-/-). Parallel stattfindende histologische Analysen der Muskeln umfassten unter anderem die HE-Färbung zur Analyse der histologischen Struktur und die Färbung mit Sirius-Rot, welche die Quantifizierung der Menge an Bindegewebe ermöglichte. Das Krankheitsbild repräsentierend wiesen die mdx Muskeln die erwarteten pathologischen Veränderungen in den Untersuchungen auf. Dabei war die spezifische Kraft im M. soleus im Durchschnitt um 30% und im Vergleich der Zwerchfellsegmente um 50% zum WT reduziert. Zusätzlich erfolgte die Muskelermüdung der mdx Muskeln bei repetitiver Stimulation deutlich schneller im Vergleich zum WT-Stamm. Die mdx Muskelquerschnitte wiesen zum Großteil zentrale Kerne auf und die Bindegewebsmenge war signifikant erhöht. Vor allem die mdx Zwerchfellsegmente wiesen mehr als die doppelte Menge an Kollagen im Vergleich zum WT auf. Im Gegensatz dazu zeigten die Muskeln der sgk1-/- Tiere in der histologischen Analyse eine insgesamt intakte Struktur ohne Entzündungszeichen oder zentrale Kerne. Die Menge an Bindegewebe befand sich auf dem Niveau der WT-Kontrolle. Dennoch war die spezifische Kraft bei 120Hz im M. soleus um 20% und im Zwerchfell um 25% im Vergleich zum WT verringert. Überraschenderweise entwickelte das mdx/sgk1-/- Mausmodell in der Kraftmessung der Mm. solei identische spezifische Kräfte wie der WT-Mausstamm. Einzig die Zwerchfellsegmente der mdx/sgk1-/- Tiere wiesen pro Querschnittsfläche ein Kraftdefizit von 20% im Vergleich zum WT auf. Dennoch konnten zentrale Kerne und Entzündungszeichen ähnlich wie in den mdx Muskeln nachgewiesen werden. Im Gegensatz dazu fehlte die Fibrosierung. Der prozentuale Anteil an Bindegewebe der mdx/sgk1-/- Muskeln entsprach dabei dem der WT-Tiere. Abschließend ist festzuhalten, dass der mdx Phänotyp in der vorliegenden Untersuchung hinsichtlich der Histologie und der kontraktions-physiologischen Charakteristik den aus der Literatur bekannten Kriterien entsprach. Des Weiteren konnte bei der Untersuchung der sgk1-/- Tiere ein Einfluss der SGK1 auf die Histologie, wie auch auf die Physiologie der Skelettmuskeln festgestellt werden. Das Fehlen der SGK1 hatte dabei Einfluss auf die Fasertypenverteilung wie auch die Kraftentwicklung. Das mdx/sgk1-/- Mausmodell ermöglichte es, den Einfluss der SGK1 auf die Fibroseentwicklung zu studieren. Es konnte festgestellt werden, dass der pathologische Ersatz der quergestreiften Muskulatur durch Bindegewebe im mdx/sgk1-/- in Bezug zum mdx Phänotyp verringert war. Das Fehlen des SGK1-Proteins führt demnach zur Unterbrechung einer für die Fibroseentwicklung wichtigen Signalkaskade. Des Weiteren konnte ein positiver Effekt der SGK1-Defizienz bei fehlendem Dystrophin auf die Kraftentwicklung der Muskeln festgestellt werden. Dennoch waren starke degenerative bzw. regenerative Prozesse histologisch nachweisbar. Die Ergebnisse zeigen, dass die SGK1 ein wichtiger Mediator in der Fibroseentwicklung der Muskeldystrophie ist. Damit könnte das Enzym ein potentielles Ziel zur pharmakologischen Beeinflussung des Verlaufs der DMD und einer Vielzahl anderer degenerativer Erkrankungen darstellen.
Die Muskeldystrophie Duchenne wird X-chromosomal vererbt und ist die häufigste Muskelerkrankung im Kindesalter. Ursächlich ist eine Mutation im Dystrophin-Gen auf der Position Xp21. Einer der Hauptfaktoren für die Krankheitsentstehung ist die intrazelluläre Ca2+-Überladung der Dystrophin-defizienten Muskelzellen. Diese resultiert vermutlich aus einem gesteigerten Ca2+-Einstrom in die Dystrophin-defiziente Muskelzelle über spezifische Kationenkanäle. Zunehmend in Betracht gezogen werden hier die TRP- (transient receptor potential) Kanäle. Ziel dieser Arbeit war es, mittels molekularbiologischer Methoden, ausgewählte TRP-Kanäle zu untersuchen. Es sollten diejenigen Ca2+-Kanäle identifiziert werden, denen bei der Muskeldystrophie Duchenne eine pathogenetische Bedeutung zukommt. Dies soll zukünftig eine gezielte pharmakologische Interventionsmöglichkeit zur Behandlung der Muskeldystrophie Duchenne eröffnen. Zu diesem Zweck wurden Myozyten (immortalisierte Dystrophin-positive IMO-Zellen und Dystrophin-negative IMORTO-MDX- oder SC-5 Zellen) während der Muskelzellproliferation und -differenzierung betrachtet. Die mRNA-Expressionen der TRP-Kanäle TRPC3, TRPC6, TRPM4, TRPM7 und TRPV4, die intrazellulären Lokalisationen von TRPC3, TRPC6, TRPM7 und TRPV4 sowie die Protein- Expression von TRPC3 wurden bestimmt. Ferner wurde die Abhängigkeit der Expression von TRPC3, TRPM4 und TRPV4 von unterschiedlichen externen Ca2+- Konzentrationen in beiden Zelllinien untersucht. Während der Muskelzelldifferenzierung stiegen die mRNA-Expressionen von TRPC3 und TRPM4 sowohl in den SC5- als auch in den IMO-Zellen an. TRPC3 wurde darüber hinaus in den IMO-Zellen am Ende des Differenzierungszeitraumes im Myotubenstadium signifikant mehr exprimiert als in den SC-5-Zellen. TRPC3 war vornehmlich intrazellulär lokalisiert, eine Plasmamembranständigkeit in den SC-5 Zellen ist nicht auszuschließen. Für TRPC6 konnte auf mRNA-Ebene in beiden Zelllinien eine vergleichbare Expression während der Proliferation detektiert werden. Während der Differenzierung stieg die Expression von TRPC6 in den SC-5-Zellen an, fiel jedoch in den IMO-Zellen ab. TRPC6 könnte somit als Marker der Muskeldystrophie fungieren. Die Lokalisation von TRPC6 scheint in den SC-5-Zellen sowohl perinukleär als auch sarkolemmal vorzuliegen. Die Expression von TRPM7 stieg in den IMO-Zellen während der Differenzierung, blieb hingegen in den SC-5-Zellen aus. Für TRPV4 konnten keine Expressionsunterschiede det ektiert werden. Die Ergebnisse sprechen für eine Beteiligung der Kanäle TRPC3, TRPC6 und TRPM7 an der Pathogenese der Muskeldystrophie Duchenne. Sie könnten als pharmakologische Angriffspunkte in der Therapie der Duchenne-Muskeldystrophie in Betracht kommen und sollten daher weiter untersucht werden.
Hintergrund: Die Körperlänge wird maßgeblich vom Wachstum der Wirbelsäule bestimmt. Bei Untersuchungen an der Wirbelsäule von BB.4Sd1- und BB.4Sd2- Ratten wurden Körperlängenunterschiede festgestellt, obwohl phänotypische Differenzen der Stämme nicht zu erwarten sind, da beide Rattenstämme kongen sind. Hypothese: Es sind Größendifferenzen der Wirbelparameter zwischen den Stämmen BB.4Sd1 und BB.4Sd2 vorhanden, die durch das Knochenwachstum beeinflusst werden. Methoden und Material: Es wurden 28 Tiere untersucht: 10 Tiere des Stammes BB.4Sd1 (D1) (5f/5m), 7 Tiere des Stammes BB.4Sd2 (D2) (3f/4m) sowie 11 Tiere des Stammes BB/OK (6f/5m) als Kontrollgruppe. Die Tiere wurden am Ende ihrer 32. Lebenswoche nach Bestimmung metabolischer Blutparameter (Insulin, Leptin, Triglyzeride, Gesamtcholesterin) getötet. Nach dem Wiegen erfolgte die Entnahme der Wirbelsäulen in toto und nach der Mazeration die Messung von je 12 Parametern an 6 Lendenwirbeln jedes Tieres. Ergebnisse: Die Lendenwirbel L1-L6 zeigten innerhalb des Stammes und des Geschlechts ähnliche Größenverhältnisse zueinander. Zwischen den Stämmen wurden signifikante Größenunterschiede (p < 0,05) ermittelt. Für die Mittelwerte aller Parameter gilt mit Ausnahme der Spinalkanalmaße (keine signifikanten Unterschiede zwischen den Stämmen) BB.4Sd2 > BB.4Sd1 > BB/OK. Diskussion: Für die festgestellten phänotypischen Unterschiede können genetische Varianten oder Mutationen in dem Genabschnitt verantwortlich sein, der beide Stämme vom Ursprungsstamm BB/OK unterscheidet. In der Arbeit wird der Einfluss der in diesem Abschnitt vorhandenen Gene Crhr2 und Ghrhr und der das Körperfett beeinflussenden Gene Npy oder Repin1 auf das Wachstum, insbesondere vermittelt durch das Wachstumshormon GH, diskutiert. Fazit: Die Hypothese eines Wirbelgrößenunterschieds zwischen den kongenen Rattenstämmen BB.4Sd1 und BB.4Sd2 wurde bestätigt. Da genetische Ursachen wahrscheinlich sind, ist eine Sequenzierung und Expressionsanalyse der Gene des übertragenen Abschnittes beider Stämme im nächsten Schritt notwendig. Die Analyse der Mechanismen hat wegen der Analogie der Wachstumssteuerung bei Mensch und Ratte klinische Bedeutung.
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.
Entscheidende Fortschritte in der Pathogenese des Typ 1 Diabetes wurden durch den Einsatz von Modelltieren erzielt, die ebenso wie der Mensch spontan einen Typ 1 Diabetes ausbilden. Eines dieser Modelltiere ist die BB-Ratte (Bio Breeding Ratte). Sie entwickelt ein dem Typ 1 Diabetes des Menschen sehr ähnliches Krankheitsbild mit den typischen Kennzeichen wie Insulitis, Insulinopenie, Hyperglycämie, Ketoseneigung, Polyurie und Polydipsie. Analog zum Menschen sind bei diesen Tieren bestimmte Gene des Haupthisto-kompatibilitätskomplexes (MHC) für die Entwicklung eines Diabetes essentiell und werden als Iddm 1 bezeichnet. Kreuzungsstudien zeigten jedoch, dass nicht nur diese Gene, sondern auch Nicht-MHC-Gene (Iddm-2, Iddm-3, Iddm4 etc.) für die Entwicklung verantwortlich sind. Um die Bedeutung der Nicht- MHC- Gene zu prüfen, wurden verschiedene kongene BB.SHR-Linien etabliert, indem chromosomale Segmente mit nachgewiesenen Nicht-MHC-Genen von Diabetes- resistenten SHR-Ratten (spontan hypertensive Ratte) durch wiederholte Rückkreuzung auf die BB-Ratten ausgetauscht wurden. Durch den Austausch von Iddm2 (BB.LL) konnte die Entstehung eines Diabetes verhindert werden, aus dem Austausch von Iddm4 (BB.6S) resultierte eine drastischen Senkung der Diabeteshäufigkeit im Vergleich zum Parentalstammes (15 vs. 86%) Das Ziel dieser Arbeit bestand darin, zu klären, welche Faktoren auf molekularer Ebene die Destruktion einerseits und anderseits eine Protektion der ß-Zellen unter Verwendung von Langerhansschen Inseln der kongenen Linien BB.LL, BB.6S und des BB/OK-Parentalstammes in vitro bedingen. Es konnte gezeigt werden, inwieweit Calcium als Mitregulator bei der Freisetzung von Insulin aus den Langerhansschen Inseln und Cytokine als generelle Stressoren die Funktion und die Expression von Schutzproteinen beeinflusst. Die Ergebnisse der Untersuchungen zeigten, dass bei Langerhansschen Inseln des BB.LL- und BB.6S- Stammes in Gegenwart einer erhöhten Calciumkonzentration eine Stimulierung der Insulinausschüttung möglich war, während die des BB/OK Stammes unter den gleichen Bedingungen mit reduzierter Insulinausschüttung reagierten. Gleichermaßen zeigte sich eine höhere Expression der Schutzproteine vor und nach der Inkubation mit Cytokinen zwischen den Linien, wobei eine negative Korrelation zur Diabetesinzidenz nachweisbar war, d.h. eine niedrige Calbindinexpression des BB/OK Stammes korrelierte mit einer hohen Diabetesmanifestation (ca. 86%), während die Calbindinexpression der Langerhansschen Inseln des BB.6S-Stammes mit einer niedrigen Inzidenz einherging. Auch die Expression von HSP70, einem speziellen protektiven Protein zeigte in den Untersuchungen eine negative Korrelation zur Diabetesmanifestation. Die vorgelegten Befunde ließen den Schluss zu, dass molekulare Mechanismen die BB.6S- und BB.LL- Linie vor einer Diabetesmanifestation schützen, während die suszeptiblen BB.OK-Ratten diese protektiven Mechanismen nicht besitzen.
In der vorliegenden Arbeit wurde die Gewebeexpression und Lokalisation dreier TRP Kanäle der Gruppe 1 (TRPC3, TRPC6 und TRPV5) in verschiedenen Geweben der Maus beschrieben. Die Kanäle TRPC3, TRPC6 und TRPV5 transportieren vor allem Kalzium in das Innere der Zelle. Für die Bestimmung der Genexpression wurde die real-time RT-PCR genutzt. Zusätzlich wurde die mRNA-Menge mittels densiometrischer Auswertung der nicht-radioaktiven in-situ-Hybridisierung ermittelt. Die in-situ Hybridisierung wurde außerdem für die Lokalisation der mRNA im Gewebe genutzt. Für die Lokalisation des Proteins in den verschiedenen Maus-Organen standen Antikörper für die indirekte Immunhistochemie zur Verfügung. In den Ergebnissen zeigte sich, dass TRPC3 in allen untersuchten Geweben nachweisbar war, jedoch mit deutlicher Konzentration im zentralen Nervensystem und der Lunge. Auch in Herz und Skelettmuskel konnte TRPC3 deutlich mittels PCR und Antikörpernachweis gefunden werden. Funktionell ist der Zusammenhang von Kalziumhomöostase und Signaltransduktion sowie Muskelkontraktion entscheidend. Die höchsten Expressionslevel von TRPC6 zeigten sich ebenfalls in Gehirn und Lunge; ein positiver Nachweis gelang aber ebenfalls in den Zellen des Dünndarmes, der Leber, des distalen Tubulus der Niere und in Zellen des exokrinen Pankreas. In Zellen der Skelettmuskulatur scheint TRPC6 keine entscheidende Rolle zu spielen. Es gelang zusätzlich der Nachweis im Herzmuskel. TPRV5 wird besonders in der Niere, dort in Zellen des distalen Tubulus exprimiert, was der wichtigen Funktion in der Kalziumrückresorption entspricht. In geringerem Maße, aber deutlich auf Protein und RNA Ebene bestätigt, ist der Kanal auch in Lunge, Milz und Gehirn nachweisbar. Die drei untersuchten Kanäle sind in fast allen untersuchten Geweben nachzuweisen; jedoch lässt die genauere Lokalisation in bestimmte Zellen der untersuchten Organe bessere Rückschlüsse auf die Funktion zu. Insbesondere konnten in dieser Arbeit neue Ergebnisse über bisher nicht ausreichend untersuchte Organe wie Gehirn, Skelettmuskel, Herz und Reproduktionsorgane erhoben werden. Die Ergebnisse dieser Arbeit bilden eine Grundlage für die weitere Erforschung der Familie der TRP Kanäle am Mausmodel.
Die Duchenne Muskeldystrophie und sein Mausmodell, die mdx-Maus, sind durch eine Kalzium-induzierte Muskelschädigung gekennzeichnet. Der grundlegende Effekt scheint ein erhöhter sarkolemmaler Einstrom von Kalziumionen durch Kationenkanäle zu sein. Um die möglicherweise verantwortlichen Kationenkanäle zu identifizieren, analysierten wir die Expression von 22 Mitgliedern der Transient Rezeptor Potential Kationenkanalfamilie sowie 8 Mitglieder der DEG/ENaC-Familie. Von den TRP-Transkripten waren TRPC3, TRPC6, TRPV4, TRPM4 und TRPM7 die am stärksten exprimierten Isoformen im Skelettmuskel. Die mRNAs der Mitglieder der DEG/ENaC Familie wurden im Skelettmuskel nur auf geringfügigem Level nachgewiesen. Im Vergleich zu Kontrolltieren waren die Expressionen der dominierenden TRP-Kanäle in mdx-Muskeln durchschnittlich reduziert, besonders TRPC6 und TRPM7. TRPC5, TRPM1 und TRPA1 waren im Skelettmuskel nur gering exprimiert, aber ihre Expressionen waren im mdx-Muskel signifikant erhöht. Die in-situ Hybridisierung und Immunfluoreszensfärbung von Muskelquerschnitten zeigte die Expression der mRNA und des Proteins von den dominerenden TRPs im Sarkolemm von Muskelfasern. Für TRPC6 wurde dieses Bild deutlich beobachtet. Zwei andere Proteine, nämlich TRPV4 und TRPM7, zeigten vorzugsweise eine perinukleäre Lokalisation, während das Sarkolemm nur schwach gefärbt war. TRPC3 wurde begrenzt in der Nähe des Sarkolemms gefunden, während es in den regenerierenden Muskelfasern der mdx-Muskeln nur in zytoplasmatischen Spots detektiert wurde. Daraus schlussfolgern wir, dass möglicherweise TRP-Ionenkanäle für den beobachteten Ruhekalziumeinstrom in mdx-Muskelfasern verantwortlich sind. Eine veränderte Expression der Isoformen wirkt möglicherweise am dystrophischen Prozess in mdx-Muskelfaser mit.
Die Duchenne Muskeldystrophie stellt eine X-chromosomal rezessiv vererbte, schwere Form der Muskeldystrophie dar. Die Ursache ist eine Mutation im Dystrophingen und die Folgen äußern sich in Muskelschwäche, Muskelfasernekrosen und einer verstärkten Fibrosierung. Der genaue Pathomechanismus ist noch nicht abschließend geklärt. Durch Muskelbiopsien von DMD Patienten und mit Hilfe des homologen Tiermodells, der mdx-Maus, konnte herausgefunden werden, dass der intrazelluläre Kalziumgehalt der Dystrophin-defizienten Muskelfasern erhöht ist. Einen möglichen Therapieansatz könnte die Blockierung von Kationenkanälen der Muskelfasermembran, die den pathologischen Kalziumeinstrom ermöglichen, darstellen. In vorangegangenen Arbeiten werden die TRP-Kanäle (Transient Receptor Potential channels) für den pathologischen Kalziumeinstrom mitverantwortlich gemacht. In der vorliegenden Arbeit wurde der Fokus in erster Linie auf einen Vertreter der TRP-Kanal-Superfamilie, den TRPV4, gelegt. Zu diesem Zweck wurde die TRPV4-Knock out Maus näher untersucht. Zunächst führte man eine Standardhistologie mit Hilfe von HE, Sirius RED und ATPase-Färbung durch. Sowohl die Faserkaliberbestimmung als auch die Messung des Bindegewebsanteils zeigten keine Unterschiede zum Wildtypen. Eine anschließende Genstudie mittels RT-PCR ermöglichte die Quantifizierung der mRNA Expression von 22 TRP-Kanälen in der murinen Skelettmuskulatur. Dabei sollte in dieser Arbeit unter anderem die Frage einer möglichen Gegenregulation anderer-Kanäle auf Grund des TRPV4-Mangels in der TRPV4-KO Maus geklärt werden. Des Weiteren wurde auch ein Vergleich der mRNA Kanal-Expression zwischen schnellen (EDL) und langsamen (SOL) Muskel vorgenommen. Die Untersuchungen zeigten, dass von den 22 analysierten TRP-Kanälen 16 auf mRNA Ebene exprimiert werden. Dabei wiesen TRPV2 und TRPV3 eine erhöhte mRNA Expression in der TRPV4-KO Mutante im Vergleich zum Wildtyp auf. Signifikant war dieser Unterschied für TRPV2 im M. soleus und für TRPV3 in allen drei untersuchten Skelettmuskeln (TA, EDL, SOL). Dies könnte für eine Gegenregulation dieser 2 TRP-Kanäle in TRPV4-defizienten Muskelfasern sprechen. Des Weiteren wurde eine signifikant verstärkte mRNA Expression von TRPM3, M4, M6, M8, V2, V4, und V6 im langsam zuckenden M. soleus im Vergleich zum schnell zuckenden EDL beobachtet. Dies trifft sowohl für die TRPV4-KO als auch für die WT Mäuse zu und könnte für eine stärkere Expression dieser TRP-Kanäle in den langsamen TYP 1 Fasern des M. soleus sprechen. Aus den vorliegenden Ergebnissen geht hervor, dass im Falle des Verlustes eines TRP-Kanals höchstwahrscheinlich andere Vertreter dieser Kanalfamilie in der Lage sind durch eine verstärkte Expression den Mangel zu kompensieren. Dies gilt es im Rahmen einer möglichen Therapie der Duchenne Muskeldystrophie, zum Beispiel mit Hilfe von TRP-Kanalblockern, zu beachten.
WOKW-Ratten entwickeln ein komplettes und ein der humanen Erkrankung ähnliches Metabolisches Syndrom mit Adipositas, Hyperinsulinämie sowie Hyperleptinämie, Dyslipidämie und verminderter Glukosetoleranz. In der vorliegenden Arbeit wurden kongene Ratten durch Kreuzung zwischen kranken WOKW und krankheitsresistenten DA-Ratten generiert, die als DA.3aW (Chr. 3; D3Mgh5-D3Rat1), DA.3bW (Chr. 3; D3Mit10-D3Rat189), DA.5W (Chr. 5; D5Mgh6-D5Mit5), DA.10W (Chr. 10; D10Mgh2-D10Rat4) und DA.16W (Chr. 16; D16Rat88-D16Wox7) bezeichnet wurden. Diese kongenen Stämme wurden zunächst longitudinal hinsichtlich einzelner Faktoren des Metabolischen Syndroms untersucht. Die phänotypische Charakterisierung zeigte, dass die kongenen Ratten Facetten des Metabolischen Syndroms entwickeln und somit Gene in den kongenen WOKW-Bereichen auf den Chromosomen 3, 5, 10 und 16 der Ratte den Adipositas Index, die Körpermasse, die Seruminsulin- und Serumleptinwerte sowie die Serumlipide in Abhängigkeit des Chromosoms und des Geschlechts der Ratten beeinflussen. Zur Identifikation möglicher Kandidatengene wurde die mRNA-Expression einzelner Gene, die innerhalb der kongenen Bereiche liegen, mittels qRT-PCR in Fettgewebe, Leber, Hypothalamus und teilweise auch in der Niere untersucht. Basierend auf der Tatsache, dass DA.3aW phänotypisch besonders von DA abweicht, lag der Fokus der Genexpressionsanalysen auf Genen, die innerhalb des kongenen Bereiches auf dem distalen Chromosom 3 (D3Mgh5-D3Rat1) kartieren. Interessanterweise konnte eine signifikant geringere mRNA-Expression von Pck1 in Leber und Niere von DA.3aW sowie WOKW im Vergleich mit DA nachgewiesen werden. In der daran anknüpfenden Sequenzierung konnte ein SNP in der codierenden Sequenz von Pck1 (4384T/C) dokumentiert werden. WOKW sowie DA.3aW, Ratten die ein komplettes bzw. Facetten des MetS entwickeln, sind Träger des C-Allels. Somit könnte dieser SNP das Risiko an Facetten des MetS zu erkranken, in Ratten beeinflussen. Außerdem konnten Snta1, Pofut1, Dlgap4 und Pltp, die auch in der kongenen Region in DA.3aW liegen, als mögliche Kandidatengene identifiziert werden. Auch die auf dem Chromosom 10 liegenden Gene Acox1, Galr2 und Cygb könnten auf Grund der Expressionsergebnisse in der Entstehung von Hyperleptinämie und Hyperinsulinämie in DA.10W bzw. WOKW involviert sein. Des Weiteren wurde mittels Genexpressionsanalyse festgestellt, dass Gene innerhalb des kongenen Bereiches auf dem Chromosom 5 die Expression von Pparg und Adipoq im Fettgewebe beeinflussen, da die Expression dieser Adipokine in DA.5W-Ratten signifikant erhöht ist im Vergleich mit DA. Außerdem müssen Gene in den kongenen Regionen auf den Chromosomen 5 und 16 für eine veränderte Expression von Fasn, Glut4 und Lpl verantwortlich sein. Zum Schluss konnte ein Zusammenhang zwischen der Anzahl von TTT-Repeats in der 3'UTR von Repin1 und der Proteinmenge nachgewiesen werden. Weicht die Anzahl der TTT-Repeats vom WT-Allel ab, dann ist die Repin1-Konzentration im subkutanen sowie epididymalen Fettgewebe verschiedener Rattenstämme erhöht.