Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Die Rolle des Natrium-Protonenaustauschers NHE3 und seiner PDZ-Adapterproteine NHERF1 und PDZK1 bei der intestinalen Anionensekretion und Natriumchloridabsorption

Hillesheim, Jutta

Intestinal dysfunction in absorption and secretion of salt and liquids can cause diarrhea or obstructions, as observed in cystic fibrosis patients. In physiological intestine, the NHE3 protein is an important ion transporter in the process of sodium uptake. PDZ domain proteins are possible regulators of NHE3 and other transport proteins. The aim of the present study is to investigate the effect of NHE3-deficiency as well as NHERF1- and PDZK1-deficiency on the intestinal sodium chloride uptake and anion secretion. Furthermore, possible interactions with other transport proteins as well as potential compensatory mechanism were investigated. For this purpose NHE3-, NHERF1- and PDZK1-deficient mice and their normal littermates were analyzed in an ´Ussing´ chamber setup. In the isolated jejunum the sodium absorption as well as short-circuit current and tissue conductance was determined. The results clearly demonstrate the significance of NHE3 on sodium uptake. About 50% of sodium absorption is NHE3 dependent, whereby NHE3 plays a central role in cAMP mediated inhibition on sodium absorption. Moreover, NHE3 has a regulatory impact on the anion secretion by CFTR chloride channel. Surprisingly, NHE3-deficient mice reveal an increased tissue conductance, which indicate an enhanced permeability of the cellular tight junctions. Additional results imply that the adaptor protein NHERF1 is a crucial regulator for the basal NHE3 activity levels, but it is not essential for cAMP-mediated inhibition of NHE3. On the contrary, NHERF1 does not affect the basal CFTR activity, but it is necessary for the complete cAMP mediated stimulation of CFTR. In addition, data of the PDZK1-deficient mice provide an evidence for a direct influence on NHE3 but not on CFTR. PDZK1 is important for the basal NHE3 activity and is essential for the cAMP mediated inhibition of NHE3. The results of the present study suggest that the regulation of intestinal ion transport is a highly complex mechanism. However, pharmacological strategies that modify PDZ motifs of transport proteins seem to be a promising target for treatment of diarrhea as well as cystic fibrosis.

Eine gestörte Absorption und Sekretion von Salzen und Flüssigkeit im Darm kann zu Durchfallerkrankungen oder Obstruktionen wie bei Mukoviszidose führen. Im gesunden Darm ist das Protein NHE3 einer der wichtigsten Ionentransporter bei der Natriumabsorption. Er wird wie auch weitere Transportproteine unter anderem durch PDZ-Adapterproteine gesteuert. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, Auswirkungen der Abwesenheit des Transportproteins NHE3 sowie seiner Adapterproteine NHERF1 und PDZK1 auf die intestinale Natriumchloridabsorption und Anionensekretion zu untersuchen. Weiterhin sollten Hinweise auf mögliche Wechselwirkungen mit anderen Transportproteinen sowie Kompensations-mechanismen bei den entsprechenden Gendefekten aufgezeigt werden. Zu diesem Zweck wurden Mäuse mit den genannten Gendefekten und deren gesunde Geschwister untersucht. Mit der Ussing-Kammer wurde die Natriumabsorption im Jejunum ermittelt und die Parameter Kurzschlussstrom und Gewebeleitfähigkeit aufgezeichnet. Die gewonnenen Ergebnisse bestätigen die Bedeutung von NHE3 für die Natriumabsorption. NHE3 scheint für etwa die Hälfte der Nettonatriumaufnahme aus dem Darmlumen verantwortlich zu sein und ebenfalls für die Hemmung der Natriumabsorption durch cAMP. Der vermutete Einfluss von NHE3 auf die Anionensekretion von CFTR konnte in den vorliegenden Daten ebenfalls bestätigt werden. Eine überraschende Feststellung war die erhöhte Gewebeleitfähigkeit, die auf eine vermehrte Durchlässigkeit der tight junctions bei NHE3-Defizienz hindeutet. Die Daten des Adapterproteins NHERF1 lassen darauf schließen, dass es für die Funktion von NHE3 im Ruhezustand der Darmzelle unerlässlich ist, nicht jedoch für die cAMP-vermittelte Hemmung von NHE3. Anders verhält es sich bei der Wirkung auf den Chloridkanal CFTR. Hier beeinflusst NHERF1 die basale Transportleistung nicht. Die ebenfalls durch cAMP ausgelöste Stimulation von CFTR kann jedoch nur in Anwesenheit von NHERF1 vollständig stattfinden. Für das ebenfalls untersuchte Adapterprotein PDZK1 konnte in den ermittelten Daten nur ein Einfluss auf NHE3 gezeigt werden. Diesen übt es nicht wie NHERF1 nur auf die basale Transportleistung von NHE3 aus, sondern auch die Hemmung von NHE3 durch cAMP konnte nur in Anwesenheit von PDZK1 unverändert gezeigt werden. Im Gegensatz zu NHERF1 wurde in den durchgeführten Untersuchungen für PDZK1 kein Einfluss auf die Funktion von CFTR nachgewiesen. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit lassen vermuten, dass die Steuerung der Ionentransportvorgänge im Darm viel komplexer ist als bisher angenommen wurde. Dennoch bleibt eine medikamentöse Beeinflussung der PDZ-Bindungsstellen von Transportproteinen weiterhin ein vielversprechender Ansatz sowohl für die Behandlung von Diarrhöen unterschiedlicher Genese als auch von Mukoviszidose.

Quote

Citation style:

Hillesheim, Jutta: Die Rolle des Natrium-Protonenaustauschers NHE3 und seiner PDZ-Adapterproteine NHERF1 und PDZK1 bei der intestinalen Anionensekretion und Natriumchloridabsorption. Hannover 2010. Tierärztliche Hochschule.

Rights

Use and reproduction:
All rights reserved

Export