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Zum Einfluss des Kationenkanals TRPV4 auf Kontraktionsverhalten und Ermüdung von Maus-Skelettmuskeln
(2012)
Diejenigen Mechanismen, welche innerhalb der skeletalen Myozyten zur Kontraktion und Kraftentfaltung führen, sind heute, bis auf wenige verbleibende Mysterien, sehr gut verstanden. In der Hauptsache werden zu den relevanten Membranproteinen, die im Exzitations- und Kontraktionsgeschehen der Myozyten von Bedeutung sind, der sarkolemmale Dihydropyridinrezeptor sowie der sarkoplasmatische Ryanodinrezeptor gezählt - nicht aber TRP-Ionenkanäle. Diese werden hingegen u.a. mit der Sensorik von Geschmack, Temperatur, Osmolarität, Nozizeption sowie taktiler Reize in Verbindung gebracht. TRP-Ionenkanäle werden ubiquitär exprimiert. Ihre Existenz innerhalb des Sarkolemms von Myozyten, sowohl vom glatten als auch vom quergestreiften Typus, ist belegt. Die belgische Gruppe um Nadège Zanou, Georges Shapovalov und Phillip Gailly publizierten Hinweise, die darauf hindeuten, dass ein spezieller kanonischer TRP-Ionenkanal, der TRPC1, möglicherweise eine Rolle im Kontraktionsgeschehen der quergestreiften Myozyten spielt. Solche Beobachtungen werfen unter anderem die Frage auf, ob es weitere Kandidaten der TRP-Proteinfamilie gibt, die in die myozytären Kontraktionsprozesse involviert sind. Es ist derzeit teilweise geklärt, welche Funktionen TRP-Ionenkanäle der TRPV-Subfamilie innerhalb glatter Muskelzellen übernehmen. Welche Bedeutung Vertreter der TRPV-Subfamilie für die quergestreiften Myozyten haben, ist aktuell aber noch nicht hinreichend geklärt. Die vorliegende Dissertation thematisiert die wissenschaftliche Frage nach der funktionellen Bedeutung von TRPV4-Ionenkanälen für die Kontraktions- und Ermüdungsvorgänge innerhalb der quergestreiften Muskulatur der Maus. Um die Frage beantworten zu können, ob TRPV4-Kationenkanäle innerhalb der quergestreiften Myozyten funktional sind, führten wir In-vitro-Kraftmessungen mit isolierten Mm. solei der Wildtypmäuse C57Bl/10Sc/J und C57Bl/6 sowie der TRPV4-defizienten Maus durch. Darüber hinaus haben wir den Einfluss von 4aPDD, ein Phorbolesterderivat und selektiver TRPV4-Aktivator, auf Kontraktions- und Relaxationszeiten, die maximalen Kraftentwicklungen sowie die Muskelermüdung (Fatigue) untersucht. Im Rahmen unserer Untersuchungen konnten wir zeigen, dass sich der quergestreifte Muskel über eine TRPV4-Stimulation im Hinblick auf seine Maximalkraftentwicklung und Ermüdungserscheinungen positiv beeinflussen lässt, wohingegen dabei sowohl die Kontraktions- als auch die Relaxationskinetiken unbeeinflusst blieben. Unsere Resultate und Beobachtungen stellen somit ein deutliches Plädoyer für die Funktionalität der TRPV4-Ionenkanäle innerhalb der quergestreiften Myozyten dar.
Lungenkrebs ist die weltweit häufigste Ursache eines krebsassoziierten Todes und nimmt weiter stetig in seiner Prävalenz zu. Das Versagen der Standard-Chemotherapie ist besonders im fortgeschrittenen Stadium für viele Todesfälle verantwortlich. Neue Therapiewege werden daher dringend benötigt. Auch die Behandlung von Medulloblastomen stellt sich gerade bei erkrankten Kindern unter 3 Jahren als schwierig dar, auch weil durch die oftmals sehr intensiven Therapieregime mit schwerwiegenden Spätfolgen gerechnet werden muss. Es muß dementsprechend ebenso für diese Erkrankung nach innovativen Behandlungsansätzen gesucht werden. TRAIL verkörpert solch einen neuen, vielversprechenden Ansatz, da es in der Lage ist selektiv in Tumorzellen eine Apoptose zu bewirken. In ersten klinischen Studien hat es bereits seine gute Verträglichkeit bewiesen. Jedoch sind in zahlreichen Tumoren Resistenzen gegenüber TRAIL gefunden worden, welche die therapeutische Nutzung einschränken könnten. Die Proteinkinase C-Familie wurde schon mehrfach mit einer TRAIL-Resistenz in Verbindung gebracht. In dieser Arbeit wurde daher die TRAIL-Resistenz von A549 Lungenkarzinom- und DAOY Medulloblastomzellen in Hinblick auf ihre Beeinflussbarkeit durch die Proteinkinase C (PKC) untersucht. Sowohl in A549, als auch in DAOY Zellen, die zuvor noch nicht in diesem Zusammenhang untersucht wurden, konnte durch eine Inhibition der PKC die TRAIL-Resistenz durchbrochen werden. NPC 15437, ein PKC-Inhibitor, der vor allem die neuen Isoformen der PKC hemmt, verstärkte sehr deutlich den TRAIL-induzierten Zelltod und den Verlust des mitochondrialen Membranpotentials in beiden Zelllinien, ohne selbst wesentlich eine Apoptose auszulösen. Durch den pan-Caspase-Inhibitor z-VAD-fmk war dieser Effekt komplett unterdrückbar. Anschließend wurde versucht die verantwortliche PKC-Isoform zu bestimmen. Die Vorbehandlung mit Phorbol-12-myristat-13-acetat (PMA), Phorbol-12,13-didecanoat (PDD), sowie 12-Deoxyphorbol-13-phenylacetat-20-acetat (dPPA) verminderte den TRAIL-sensibilisierenden Effekt von NPC 15437 signifikant um etwa die Hälfte, während die Vorbehandlung mit Phorbol-13-monoacetat (PA) und Phorbol-12-monomyristat (PMM) keine Wirkung zeigte. Gö6976 und der membrangängige PKCα/β-spezifische Peptidinhibitor myr-ψ-PKC waren zudem nicht in der Lage eine Sensibilisierung für TRAIL zu bewirken. Es ergab sich daraus die Vermutung, dass PKCε eine herausragende Funktion in der TRAIL-Resistenz der Zelllinien ausübt. Der Einsatz von gegen PKCε gerichteter siRNA bestätigte dies und der membrangängige Peptidinhibitor myr-PKCε-V1-2 erfüllte von allen getesteten Substanzen am besten die Funktion eines TRAIL-Wirkungsverstärkers. Außerdem wurde durch Western Blot-Analysen eine mögliche Rolle von cFLIP/CFLAR für die TRAIL-Resistenz von A549 und DAOY Zellen weitestgehend ausgeschlossen. Die vorliegende Arbeit stellt die Proteinkinase C(ε) als einen wichtigen Resistenzfaktor der TRAIL-induzierten Apoptose heraus und zeigt wie deren Hemmung die zukünftige Krebstherapie verbessern könnte.