Expression, Funktion und endogene Modulatoren der transient receptor potential (TRP) Kanäle TRPV1, TRPV4, TRPM8 und TRPA1 in humanen Hornhautendothelzellen
Anatomie und Physiologie
Zellbiologie
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Ziel dieses Forschungsprojektes war die nähere Untersuchung von o.g. TRP-Kanälen erstmals in humanen Hornhautendothelzellen (HCE-Population HCEC-12). Dazu wurden durch lentiviralen Gentransfer entsprechende überexprimierende Mutanten erzeugt. Die charakteristischen Merkmale dieser Kanäle wurden zuvor schon in benachbarten Hornhautschichten, wie dem Hornhautepithel und dem Hornhautstroma (Keratozyten) sowie auch dem konjunktivalen Epithel vor allem hinsichtlich der Interaktion der TRP-Kanäle mit Wachstumsfaktoren und Hormonen untersucht. Besonders auffällig war der Einfluss dieser Kanäle auf das Zellüberleben. So führten der TRPV1 Antagonist Capsazepin und der TRPV4 Agonist GSK1016790A zu einer stärkeren Erhöhung der Anzahl apoptotischer bzw. nekrotischer Zellen in TRPV1/TRPV4-überexprimierenden HCEC-12 als in nichttransduzierten HCEC-12. Calcium Imaging und Patch-Clamp Messungen bestätigten höhere Stromdichten in den TRPV1/TRPV4-transduzierten HCEC-12 Zellen im Vergleich zu nichttransduzierten HCEC-12 Kontrollen. Vor allem bei den TRPV4 überexprimierenden Zellen zeigten sich gravierende Veränderungen der Zelloberfläche mit einer starken Ausbildung von Villi und damit einhergehend einer Oberflächenvergrößerung und Erhöhung der zellulären Kapazität bei gleichbleibendem transepithelialen elektrischen Widerstand. Darüber hinaus könnten die Beobachtungen bezüglich Apoptose und Zellwachstum in Verbindung mit der Triggerung von TRP-Kanälen für die Lagerung von Spenderhornhäuten relevant sein. Zur Fragestellung betreffend einer mutmaßlichen Interaktion zwischen G-Protein gekoppelten Rezeptoren und TRP-Kanälen in HCEC-12 wurde dies am Beispiel des Cannabinoid Rezeptor 1 (CB1) und TRPV1 näher untersucht. In diesem Forschungsprojekt konnte erstmals nicht nur gezeigt werden, dass eine funktionelle Expression von CB1 in HCEC-12 (und benachbarten Hornhautgeweben) vorliegt. Es konnte auch eine Capsaizin induzierte TRPV1 Aktivierung unterdrückt werden, wenn CB1 in HCEC-12 vorher aktiviert wurde. Auch Wachstumsfaktoren wie NGF bewirkten Ca2+ Influxe in HCEC-12, die durch TRPV1 Blocker unterdrückt werden konnten. Ferner können auch TRP-Kanäle untereinander interagieren, was in anderen Hornhautgeweben beobachtet wurde (z.B. TRPM8-TRPV1 Regulation in Hornhautepithelzellen). In diesem Forschungsprojekt konnte hierzu erstmals gezeigt werden, dass der bereits beschriebene TRPM8 in HCEC-12 ebenso durch das Schilddrüsenhormonderivat 3-T1AM aktiviert werden kann wie in den benachbarten Hornhautgeweben. In humanen Hornhautepithelzellen und in Hornhautkeratozyten konnte erstmals gezeigt werden, dass die Aktivierung des TRPM8 über das Schilddrüsenhormonderivat 3-T1AM zu einer Unterdrückung der TRPV1 Aktivität führte. TRPV1 reguliert das intrazelluläre Calcium sowie die Calcium-abhängige Freisetzung von o.g. pro-inflammatorischen Zytokinen in humanen Hornhautepithelzellen. Diese Beobachtung kann von klinischer Relevanz sein für die Entwicklung von Therapien zur Behandlung von trockenen Augen, da eine Aktivierung des TRPM8 in Hornhautnervenfasern über das CNS zu einer erhöhten Tränenproduktion führt und die Unterdrückung der TRPV1 Aktivität in nichtneuronalen Hornhautzellen zur verminderten Freisetzung der o.g. entzündungsfördernden Zytokinen führt. Dabei wurden die Effekte von Wirkstoffen bzw. dem zuvor erwähnten 3-T1AM untersucht. In humanen Hornhautkeratozyten konnte gezeigt werden, dass 3-T1AM TRPM8 Kanäle aktiviert. Wegen der hohen Expression von β-adrenergen Rezeptoren in Augenzellen, die speziell über 3-T1AM aktiviert werden können, wurden zur molekularen Charakterisierung zunächst Horn- und Bindehautzellen eingesetzt. Es konnte erstmals ein Zusammenhang zwischen dem 3-T1AM und dem TRPM8 in diesen Zellen belegt werden. Dieser Zusammenhang kann künftig in weiterführenden Studien untersucht werden. Zusammenfassend betrachtet, spielen TRP Kanäle für das Wachstum, Proliferation und die Apoptose in allen Schichten der Hornhaut eine Rolle.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2018) Grundlagen für Zell- und Gewebeersatzstrategien bei degenerativen Erkrankungen des Auges: Retinales Pigmentepithel und corneales Endothel im Blick Medizinische Fakultät Carl Gustav Carus, TU Dresden
Valtink, Monika
- (2018) Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF) Induced Downstream Responses to Transient Receptor Potential Vanilloid 1 (TRPV1) and 3-Iodothyronamine (3-T1AM) in Human Corneal Keratocytes. Front Endocrinol (Lausanne). 9:670
Turker E, Garreis F, Khajavi N, Reinach PS, Joshi P, Brockmann T, et al.
(Siehe online unter https://doi.org/10.3389/fendo.2018.00670) - Towards a Therapeutic Proliferation Stimulation Strategy for Primary Human Cells of the Ocular Tissue: Comparison of Lentiviral Foamy Virus (FV) and Vesicular Stomatitis Virus (VSV) Glycoprotein Pseudotypes. 12th International Foamy Virus Meeting, Dresden, August 2018
Donau J, Pushina M, Hamann M, Funk RHW, Lindemann D, Valtink M
- (2019) Neurotrophic keratopathy: Principles, diagnostics and treatment. Ophthalmologe. 116(8):797-810
Mergler S, Dietrich-Ntoukas T, Pleyer U.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s00347-019-0946-7) - L-carnitine reduces transient receptor potential vanilloid type 1 (TRPV1) activity in human corneal keratocytes (HCK). DOG 2019 (Berlin, Germany)
S. Mergler, E. Turan, U. Pleyer
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s00347-019-0940-0) - (2020) Importance of Transient Receptor Potential Channels of the Ocular Surface: Insights and Outlook - from Laboratory Research to Clinical Practice. Klin Monbl Augenheilkd. 237(5):637-43
Mergler S, Pleyer U.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1055/a-1120-8754)
