Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Untersuchungen zur Regulation der jejunalen Calcium-Resorption beim Schaf

Mrochen, Nina

In former functional studies it could be demonstrated that compared to most monogastric animals, the ovine intestinal calcium resorption is mainly located in the jejunum. Qualitative studies showed the existence of structural prerequisites for a calcitriol-regulated transcellular calcium transport. The aim of the present study was to evaluate the regulation of those structural elements in the ovine jejunum. Therefore, we investigated the effect of alimentary calcium restriction, treatment with calcitriol in pharmacological dosage or combination of calcium depletion with treatment on expression and activity of structures involved in transcellular calcium transport. For this purpose, the expression of apical calcium-channel TRPV6 and basolateral calcium-pump PMCA1b were determined by means of quantitative RT-PCR and Western Analysis. These data were compared with kinetic parameters of calcium uptake studies into isolated jejunal brush border membrane vesicles (BBMV). Calcitriol treatment resulted in an increase of TRPV6 and PMCA RNA as well as protein expression, indicating an up-regulation of calcium transport in ovine jejunum by calcitriol in principle. However, we were not able to demonstrate this regulation in functional studies with BBMV. This may be due to technical reasons. In further investigations, this method has to be further improved and adapted. A slight increase in RNA and protein expression of both genes seemed to be induced by the calcium restricted feeding regime. However, this effect could not be verified statistically. The calcium uptake study with BBMV suggests an increased calcium affinity of the transport system. It could be demonstrated for the first time on a structural level, that there is a regulation of calcium transport in the ovine jejunum. Though, a nutritional calcium deficiency was not sufficient to significantly increase the amount of intestinal calcium transport. Hence, it may be discussed that the sheep are, due to their nutrition and their ability to resorb calcium in the rumen, not necessarily dependent on active intestinal calcium transport under physiological conditions.

In funktionellen Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass im Unterschied zum monogastrischen Tier die intestinale, aktive Calcium-Resorption beim Schaf nicht im Duodenum sondern im Jejunum lokalisiert ist. Qualitativ konnten die strukturellen Grundlagen für einen calcitriolregulierten, transzellulären Calcium-Transport in diesem Darmabschnitt bereits in früheren Untersuchungen nachgewiesen werden. Ziel der vorliegenden Arbeit war es nun, die Regulation dieser strukturellen Komponenten genauer zu untersuchen. Zu diesem Zweck wurde die Wirkung einer alimentären Calcium-Depletion, einer Behandlung mit Calcitriol in pharmakologischer Dosierung und der Kombination aus Depletion und Behandlung auf die Expression und die Aktivität der am transzellulären Calcium-Transport beteiligten Strukturen untersucht. Dazu wurde die Expression wichtiger Gene des transzellulären Calcium‑Transportes,  des apikalen Calcium-Kanal TRPV6 und der basolateralen Calcium-Pumpe PMCA1b mit Hilfe der quantitativen RT-PCR und der Western Analyse auf Transkriptions- und Translationsebene quantifiziert. Darüber hinaus wurden Aufnahmestudien in isolierte Bürstensaummembranvesikel (BSMV) durchgeführt und die kinetischen Kenngrößen Vmax und Km der Ca2+-Aufnahme bestimmt. Durch die Behandlung mit Calcitriol in pharmakologischer Dosierung kam es zu einer eindeutigen Expressionssteigerung auf RNA- und Proteinebene, was die prinzipielle Regulierbarkeit des transzellulären Calcium-Transportes im Jejunum beim Schaf bestätigt. Es gelang nicht, diese Regulation durch Aufnahmestudien in BSMV auch funktionell darzustellen. Letzteres könnte darin begründet sein, dass die Methode weiter technisch optimiert werden müsste, um Bestimmungen der Calcium-Aufnahme in jejunale BSMV vom Schaf in geeigneter Weise durchführen zu können. Durch die alimentäre Calcium-Depletion allein waren die RNA- und Protein-Expressionen nur in geringem Maße beeinflusst. Statistisch ließen sich die Effekte nicht absichern. Die funktionellen Untersuchungen brachten Hinweise auf eine gesteigerte Ca2+-Affinität der apikalen Ca2+-Transportsysteme. Damit konnte erstmals auf struktureller Ebene gezeigt werden, dass der jejunale Calcium-Transport beim Schaf durch Calcitriol regulierbar ist. Eine alimentäre Calcium-Depletion reichte als Stimulus aber nicht aus, um den Transport deutlich zu steigern. Es kann daher diskutiert werden, dass das Schaf aufgrund seiner Ernährungsweise und der Möglichkeit, ausreichend Calcium aus dem Pansen aufzunehmen, unter physiologischen Bedingungen nicht auf aktive Ca2+-Resorption  im Dünndarm angewiesen ist.

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Mrochen, Nina: Untersuchungen zur Regulation der jejunalen Calcium-Resorption beim Schaf. Hannover 2010. Tierärztliche Hochschule.

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