Flüssigkeits- und Elektrolyttransport von NCI-H441 Lungenepithelzellen

Abstract

Die Alveolen der Lunge werden von einem Epithel ausgekleidet, welches von einem dünnen Flüssigkeitsfilm (alveolar lining fluid) bedeckt wird. Die dicke dieses Flüssigkeitsfilms beeinflusst die Lungenfunktion und den Gasaustausch über die Alveolarwand. Eine der Hauptaufgaben des Atemwegsepithels ist die Konstanthaltung dieses Flüssigkeitsfilms durch eine entsprechende Steuerung des transepithelialen Ionentransports, der den Wassertransport antreibt. Ziel der Arbeit war es, den transepithelialen Ionen- und Flüssigkeitstransport des Alveolarepithels näher zu charakterisieren. Dabei sollte insbesondere untersucht werden, wie sich der Transport über den epithelialen Natriumkanal und der Transport über Chloridkanäle beeinflussen. Zur Messung des transepithelialen Wassertransports standen bisher nur mikroskopische Techniken oder Verfahren mit der Verwendung von Markersubstanzen zur Verfügung. Beide Methoden weisen relativ große Fehlerquellen und Ungenauigkeiten auf, dadurch ist die Messung des Wassertransports nur eingeschränkt möglich. Die hier verwendete Deuteriumoxid-Dilutionsmethode ermöglicht die genaue Messung des transepithelialen Wassertransports. Um Rückschlüsse auf die dem transepithelialen Flüssigkeitstransport zugrunde liegenden Ionentransportmechanismen zu erhalten, wurden parallel zu den Wassertransportmessungen Kurzschlussstrommessungen mit Hilfe der Ussing-Kammer-Technik durchgeführt. Die Experimente wurden an einem humanen Zellkulturmodell (National Cancer Institute-H441 Lungenepithelzellen) durchgeführt, dessen funktionelle Eigenschaften den Eigenschaften des distalen Atemwegsepithels stark ähneln. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass NCI-H441 Lungenepithelzellen ein resorptives Epithel bilden bei dem der Wassertransport durch eine ENaC (epithelialer Natriumkanal) vermittelte Ionenresorption angetrieben und limitiert wird. Auffallend war, das apikal lokalisierte Chloridkanäle vom CFTR- und nicht-CFTR-Typ (Cystic Fibrosis Transmembrane Conductance Regulator) wichtig für die ENaC vermittelte Natrium Resorption sind. Während Chloridkanäle des nicht-CFTR-Typs für die basale Natrium und Wasserresorption essentiell sind, lässt sich die Resorption durch cAMP (Cyclisches Adenosinmonophosphat) - 46 - Aktivierung von CFTR Kanälen akut steigern. Das zeigt, dass CFTR Kanäle eine cAMP stimulierten Wasserresorption wichtig vermitteln. Diese Arbeit leistet somit einen Beitrag zum Verständnis des transepithelialen Elektrolyt- und Flüssigkeitstransports distaler Lungenepithelzellen. Sie demonstriert ein wichtiges Zusammenspiel von apikalen Chloridkanälen mit der Natrium- und Wasserresorption und identifizierte eine wichtige Funktion des CFTR als Aktivator für eine stimulierte Wasserresorption.