Cx37 abhängige Calciumsignalausbreitung durch myoendotheliale Gap Junctions

Eine effektive Regulation der Gewebedurchblutung erfordert eine
Koordination der Reaktion einzelner Gefäßzellen bzw. verschiedener
Gefäßabschnitte. Der zur Koordination erforderliche interzelluläre
Signalaustausch kann zumindest teilweise über Gap Junction-Kanäle
erfolgen, die als interzelluläre Verbindungen den Austausch von
elektrischen und chemischen Signalstoffen zwischen benachbarten
Zellen ermöglichen. Dieser Austausch kann über die Modulation der
Permeabilität von Gap Junction-Kanälen reguliert werden. Aus
Untersuchungen an Modellzellen (HeLA-Zellen) war bereits bekannt
dass NO eine solche Modulatorwirkung ausübt, wenn die Gap Junctions
nur Connexin 37 (Cx37) enthalten während kein Effekt von NO auf Gap
Junctions zu beobachtet war, wenn Gap Junctions aus Cx43 oder Cx40
gebildet wurden. Da Endothelzellen normalerweise alle drei
Connexine exprimieren, sollte in der vorliegenden Arbeit untersucht
werden, inwieweit NO in diesen Zellen überhaupt eine nachweisbare
Wirkung auf die Gap Junction Permeabilität und damit auf den
Signalaustausch entfaltet. Als Modell des Signalaustauschs wurde
die Ausbreitung von Calciumwellen jeweils zwischen Endothelzellen
oder glatten Muskelzellen allein oder zwischen beiden Zelltypen
untersucht. Nach Auslösung von interzellulären Calciumwellen als
Folge einer mechanischen Stimulation von einzelnen Zellen konnte
zunächst gezeigt werden, dass die interzelluläre Ausbreitung von
Calcium unter den gewählten Versuchsbedingungen über Gap
Junctions-erfolgte. Im Gegensatz zum Modellsystem der HeLa Zellen,
in denen nur Cx37 exprimiert war, zeigte NO in den Endothelzellen
(humane Nabelschnur, alle drei Connexine exprimiert) abgesehen von
einer geringradigen Verzögerung keinen Hemmeffekt auf die Gap
Junction-abhängige Ausbreitung von Calcium-Signalen. Wurde jedoch
Cx43 durch Behandlung mit siRNA herunterreguliert, führte NO auch
in den Endothelzellen zu einer Hemmung der interzellulären
Calciumwellenausbreitung. Auch in intakten Endothelzellen, die mit
glatten Muskelzellen kokultiviert wurden, ließ sich bei genauerer
Analyse ein Hemmeffekt von NO nachweisen. Dieser war jedoch auf die
Zellbereiche beschränkt, in denen Endothelzellen und glatte
Muskelzellen unmittelbar benachbart waren (myoendotheliale
Junctions). In diesen myoendo-thelialen Gap Junctions, fanden wir
auf der Endothelseite immunhistochemisch überwiegend Cx37
exprimiert. Aufgrund dieser präferentiellen Lokalisation von Cx37
scheint daher NO eine besondere Rolle bei der Modulation des
Calciumaustauschs (und potentiell auch anderer Signalmoleküle wie
IP3 oder cyclische Nukleotide) zu spielen. Die Kontrolle des
Calciumaustauschs könnte funktionell eine calciumabhängige
glattmuskuläre Kontraktion bei Endothelstimulation verhindern und
somit die endothelabhängige Dilatation verstärken. Diese bisher
unbekannte NO-Wirkung auf Cx37-exprimierende Gap Junctions könnte
einen weiteren Mechanismus der Gefäßtonusregulation darstellen.