Pneumologie 2011; 65 - A31
DOI: 10.1055/s-0031-1296122

Cholinerge chemosensorische Bürstenzellen sind Wächterzellen der Atemwege

G Krasteva 1, B Canning 2, P Hartmann 1, T Veres 3, T Papadakis 1, C Mühlfeld 1, K Schliecker 1, A Braun 3, E Weihe 5, B Schutz 5, I Ibanez-Tallon 6, MI Kotlikoff 4, W Kummer 1
  • 1Institut für Anatomie und Zellbiologie, ECCPS, UGLC, Justus-Liebig-Universität, Gießen
  • 2Johns Hopkins Asthma and Allergy Center, Baltimore, USA
  • 3Fraunhofer-Institut für Toxikologie und Experimentelle Medizin, Hannover, Germany
  • 4Dept. of Biomedical Sciences, College of Veterinary Medicine, Ithaca, New York, USA
  • 5Institut für Anatomie und Zellbiologie, Phillips-Universität Marburg
  • 6Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin, Berlin

Einleitung: Die Bürstenzelle wurde in den Atemwegen einiger Tierspezies und des Menschen vor Jahrzehnten beschrieben. Dieser Zelltyp wurde hauptsächlich morphologisch unterschieden, und die Funktion war unbekannt. Einen Hinweis auf die chemosensorische Funktion der Bürstenzelle der Atemwege lieferte der von uns erbrachte Nachweis eines Kationkanal (TRPM5) [Kaske et al., 2007], der in der Geschmacksknospe in der Wahrnehmung von bitter involviert ist. Es ergabt sich die Hypothese, dass die Bürstenzellen bakterielle Produkte, beispielsweise quorum sensing molecules (QSM) oder Toxine (bitter schmeckend), wahrnehmen und entsprechende Abwehrprozesse einleiten können.

Methoden und Ergebnisse: Cholinerge Zellen wurden in dem respiratorischen Epithel der Trachea und der Tuba auditiva mithilfe von 2 unterschiedlichen Cholinacetyltransferase (ChAT)-eGFP Mausstämmen detektiert. Anhand ihrer Immunreaktivität für Villin, ein Markerprotein für die Atemwegsbürstenzelle, und ihrer Ultrastruktur wurden diese als Bürstenzellen identifiziert. Des Weiteren wurde mRNA- und Proteinexpression für wichtige Bausteine der Geschmacksignaltransduktionskaskade, wie Geschmacksrezeptoren (Tas1R und Tas2R), das G-protein α-Gustducin und die für die Geschmackswahrnehmung spezifische PLC Phosphoinositid-Phospholipase Cβ2, mittels FACS und Immunhistochemie in den Bürstenzellen nachgewiesen. Mittels CLSM-Analyse kombiniert mit 3-D Rekonstruktionen und retrograden neuronalen Markierungsexperimente konnte gezeigt werden, dass ChAT-eGFP positive Zellen von cholinorezeptiven sensorischen Nervenfasern kontaktiert werden. Die Atemfrequenz wurde nach einer Stimulation der Trachea mit nikotinischen Rezeptoragonisten oder Bitterstoffen mittels einer neu etablierten Technik in anästhetisierten Mäusen ermittelt. DMPP, Cycloheximid und 3-Oxo-C12-Homoserin-Lakton führten zur Reduktion der Atemfrequenz, die durch Inhibition von nikotinischen Rezeptoren durch Mecamylamin oder durch das Entfernen des Trachealepithels und somit der Bürstenzellen verhindert werden konnte.

Schussfolgerung: Cholinerge, chemosensorische Bürstenzellen sind vorhanden in der Trachea und der Tuba auditiva der Maus. Trachealbürstenzellen können bakterielle Produkte, beispielsweise QSM, wahrnehmen und durch ACh-Ausschüttung die Informationen an das ZNS weiterleiten sowie entsprechende Vermeidungsreflexe einleiten.