Bradykinin und sympathische Nervenzellen

Bradykinin wurde als hypotensiv wirksame Substanz beschrieben, die langsam glatte Muskulatur kontrahiert (Rocha e Silva et al, 1949). Heute ist das Peptid als Entzündungs- und Schmerzmediator bekannt. Daneben wurden für Bradykinin sowohl exzitatorische als auch inhibitorische Effekte im sympathischen Nervensystem beschrieben. Hierfür wurden Präparationen sympathischer Ganglien oder sympathetisch innervierter Organe verwendet. Im vorliegenden Projekt werden wir Primärkulturen oberer Halsganglien (SCG) von Ratten einsetzen, um herauszufinden, wie Bradykinin die Signalverarbeitung in sympathischen Nervenzellen kontrolliert. Wir konnten in der Vergangenheit schon zeigen, daß Bradykinin Transmitterfreisetzung aus SCG Kulturen bewirkt (Boehm and Huck, 1997). Dieser Effekt schien mit der Hemmung von M-Typ K+ (KM) durch das Peptid zu korrelieren (Jones et al, 1995), welche ihrerseits die Synthese von Inositolphosphaten und die Freisetzung von Ca2+ aus intrazellulären Speichern involvierte (Cruzblanca et al, 1998). In vorbereitenden Experimenten zu diesem Projekt konnten wir bestätigen, daß Bradykinin in SCG Neuronen (i) die Bildung von Inositolphosphaten stimuliert, (ii) KM Kanäle hemmt, und (iii) Noradrenalinfreisetzung auslöst. Die freisetzungsstimulierende Wirkung schien aber von Inositolphosphat-abhängigen Signalkaskaden unabhängig zu sein, und stattdessen auf der Aktivierung von Proteinkinase C zu beruhen. Im Laufe dieses Projekts werden wir bestimmen, welche Proteinkinase C Isoform an der Wirkung von Bradykinin beteiligt ist. Außerdem werden wir das neue Antikonvulsivum Retigabin, welches KM Kanäle aktiviert, einsetzen, um herauszufinden in welchem Ausmaß diese Ionenkanäle zur exzitatorischen Wirkung des Peptids in sympathischenm Nervenzellen beitragen. Diese Experimente werden auch neue Informationen über mögliche modulatorische Effekte von Retigabin auf Neurotransmitterfreisetzung liefern. In weiteren vorbereitenden Experimenten konnten wir nachweisen, daß Bradykinin auch präsynaptische Inhibition der Transmitterfreisetzung aus SCG Neuronen verursacht. Der Mechanismus dieser Hemmung war ein anderer als derjenige der präsynaptische a 2 -adrenergen Autoinhibition. Im weiteren Verlauf des Projekts werden wir die involvierten Rezeptoren und die assoziierten Signalkaskaden dieses präsynaptischen Effekts aufklären. In sympathisch innervierten Geweben wie dem Herz übt Bradykinin sowohl schützende als auch schädigende Wirkungen aus. Außerdem werden dem Peptid einige der positiven Wirkungen von ACE Hemmern bei Bluthochdruck und Herzinsuffizienz zugeschrieben (Dell`Italia and Oparil, 1999). Die Resultate aus diesem Projekt sollen aufklären, wie das sympathische Nervensystem zu diesen therapeutisch relevanten Effekten von Bradykinin beiträgt.

Bradykinin übt in sympathisch innervierten Geweben wie dem Herz sowohl schützende als auch schädigende Wirkungen aus. Darüber hinaus werden dem Peptid einige der positiven Wirkungen von ACE Hemmern bei Bluthochdruck und Herzinsuffizienz zugeschrieben (Dell`Italia and Oparil, 1999). Ursprünglich herrschte die Ansicht vor, dass diese Effekte zum überwiegenden Teil im Gefäßsystem entstehen (Emanueli and Madeddu, 2001). Die Ergebnisse dieses Projekts bestätigen aber, dass das sympathische Nervensystem ein vielseitiges Effektorsystem für Bradykinin ist (Boehm and Kubista, 2002), und beschreiben dort neue Wirkungen und Signalwege des Peptids. In der Vergangenheit war nachgewiesen worden, dass Bradykinin symapthische Ganglien durch die Hemmung von M-Typ K+ (KM) Kanälen in postganglionär sympathischen Neuronen erregt (Jones et al, 1995). Dadurch führt das Peptid zu Neurotransmitterfreisetzung aus ebendiesen Nervenzellen (Boehm and Huck, 1997). In Experimenten dieses Projekts konnten wir diese Wirkungen bestätigen und die folgenden neuen Effekte beschreiben: Bradykinin aktiviert Ca2+-unabhängige Proteinkinase C über B2 Rezeptoren, und gemeinsam mit der Hemmung der K M Kanäle löst dies Aktionspotentiale aus, die dann zu Transmitterfreisetzung aus Axonendigungen führen. Ein ähnlicher Mechanismus wurde in diesem Projekt auch für die Aktivierung von muskarinischen M 1 Rezeptoren in sympathischen Neuronen beschrieben. Außerdem gelang der Nachweis, dass präsynaptische B2 Rezeptoren die Transmitterfreisetzung aus Axonendigungen hemmen können. Der letztere Effekt beruht auf einer Depletion des Phosphatidylinositol-4,5-bisphosphat in der Membran über Phospholipase C-ß , woraus eine Hemmung spannungsaktivierter Ca2+ Kanäle resultiert. Derselbe Mechanismus ist auch in der Hemmung der K M Kanäle involviert. Trotzdem ist der Zeitverlauf der Inhibition dieser zwei Kanäle unterschiedlich: Die Hemmung der Ca2+ Kanäle desensitiviert komplett innerhalb weniger Minuten, während die Hemmung der KM Kanäle über mehr als 10 Minuten beobachtet werden kann. Diese schnelle Desensitivierung läuft über Aktivierung von Proteinkinase C und wird auch für die präsynaptische Hemmung der Transmitterfreisetzung beobachtet. Sympathische Nervenzellen können also sowohl an schädlichen, als auch an protektiven Wirkungen von Bradykinin auf das kardiovaskuläre System beteiligt sein, indem Aktivierung von B2 Rezeptoren die Noradrenalinfreisetzung sowohl steigern, als auch hemmen kann. Die präsynaptische Hemmung zeigt aber schnelle Desensitivierung über Proteinkinase C. Man darf daher erwarten, dass eine Abschwächung dieser Desensitivierung die protektiven Effekte von Bradykinin in ischämischen Herzerkrankungen (Dell`Italia and Oparil, 1999) verstärkt.