Die Wirkung von Nikotin auf trigeminal exprimierte Ionenkanäle

Zusammenfassung
5. Zusammenfassung
Nikotin ist ein weit verbreitetes Suchtmittel, dessen Konsum mit schweren gesundheitlichen
Folgen verbunden sein kann. Der von Nikotin hervorgerufene chemosensorische Eindruck trägt
einen Anteil zur Wirkung der Droge bei. Nikotin existiert in zwei Stereoisomeren, das (+)- und das
(-)-Nikotin, von denen (-)-Nikotin das wesentlich häufiger in der Natur vorkommende Enantiomer
ist.
Die
Wirkung
der
Droge
wird
im
Zentralnervensystem
durch
nikotinische
Acetylcholinrezeptoren vermittelt. Nikotin ruft einen chemosensorischen Eindruck hervor, der
unter anderem einen olfaktorischen Eindruck und trigeminale Eindrücke wie Brennen und
Stechen einschließt. Bei der chemosensorischen Wirkung von Nikotin tritt eine gewisse
Stereoselektivität auf. Probanden können die Enantiomere olfaktorisch unterscheiden, die
trigeminalen Komponenten haben für beide Enantiomere unterschiedliche Schwellen. Für den
chemosensorischen
Eindruck
von
Nikotin
ist
neben
der
Beteiligung
nikotinischer
Acetylcholinrezeptoren auch eine Beteiligung des transient receptor potential A1-Kanals bekannt,
der auch den stechenden trigeminalen Eindruck von Senf vermittelt. Psychophysische
Experimente lassen vermuten, dass der chemosensorische Eindruck von Nikotin nicht vollständig
durch nAChR und TRPA1 erklärt werden kann.
In dieser Arbeit wurde die Wirkung von Nikotin auf im Trigeminus exprimierte ionotrope
Rezeptoren untersucht. Dazu wurde das Zwei-Elektroden-Voltage-Clamp-Verfahren zur
elektrophysiologischen Charakterisierung der Wirkung von (+)- und (-)-Nikotin auf heterolog
exprimierte Rezeptoren genutzt. Für heterolog exprimierte menschliche nAChR sowie den TRPA1Kanal wurde in dieser Arbeit erstmals eine elektrophysiologische Untersuchung der
Stereoselektivität der Rezeptoren durchgeführt. Für je ein Beispiel eines homo- (α7) und
heteromultimeren (α2β4) menschlichen nAChR konnte die Stereoselektivität für das
(-)-Enantiomer auf diesem Wege gezeigt werden. Beim TRPA1-Kanal wurde erstmals (+)-Nikotin
als Agonist festgestellt und zudem im Vergleich mit (-)-Nikotin keine Stereospezifität beobachtet.
Für die mit den nAChR verwandten humanen 5-HT3-Rezeptoren wurde festgestellt, dass Nikotin
als Antagonist wirkt, wobei für (-)-Nikotin eine stärkere Wirkung beobachtet wurde. Diese Effekte
wurden sowohl am homomeren menschlichen 5-HT3A- als auch am heteromeren 5-HT3ABRezeptor gezeigt. Bei einer Untersuchung ionotroper Glutamatrezeptoren wurde ein (-)-Nikotinhervorgerufener (10 mM), spannungsabhängiger Block von NMDA-Rezeptoren (NR1-3a/NR2B)
festgestellt, der in seiner Erscheinung dem bekannten Mg2+-Block ähnelt, jedoch nicht die Stärke
erreicht. Für GABAA-, Glycin-, AMPA- (GluR1(Q)flop), Kainat- (GluR6(Q)), P2X2-Rezeptoren sowie
TRPV1-3- und TRPM8-Kanäle wurde keine Wirkung von Nikotin beobachtet.
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Zusammenfassung
Die positive Modulation von (-)-Nikotin bei TRPV1-Rezeptoren der Ratte konnte am menschlichen
TRPV1 nicht bestätigt werden.
Ferner wurde im Rahmen der Arbeit die Wirkung von Nikotin auf trigeminale Neurone der Maus
im Calcium-Imaging untersucht und in Experimenten unter simultanen Blockerbedingungen für
die bekannten Nikotinrezeptoren nAChR und TRPA1 festgestellt, dass es eine kleine
Neuronenpopulation gibt, deren (-)-Nikotinantwort sich durch die spezifischen Blocker für diese
Kanäle nicht blockieren lässt. Damit konnte ich zeigen, dass es in trigeminalen Neuronen einen
weiteren Rezeptor für (-)-Nikotin geben muss, der wahrscheinlich an der Vermittlung des
chemosensorischen Eindrucks von Nikotin beteiligt ist. Erstmals wurde zudem eine (+)-Nikotinspezifische Population trigeminaler Neurone entdeckt, für die ein Rezeptor bisher nicht bekannt
ist. In weiteren Experimenten konnte unter Blockerbedingungen für nAChR und TRPA1-Kanälen
gezeigt werden, dass die Signale der (+)-Nikotin-spezifischen Neuronenpopulation nicht durch die
bekannten Nikotinrezeptoren vermittelt werden. Es wurde in dieser Arbeit also nachgewiesen,
dass es im Trigeminus einen spezifischen (+)-Nikotinrezeptor gibt. Da die nicht nAChR- oder
TRPA1-vermittelten Nikotinantworten sowohl für (+)- als auch (-)-Nikotin möglicherweise durch GProtein-gekoppelte Rezeptoren vermittelt werden können, wurde in dieser Arbeit die Beteiligung
metabotroper Signalwege untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass weder (+)- noch
(-)-Nikotinsignale unter Ca2+-freien Messbedingungen auftreten, die Nikotinsignale sind also auf
Ca2+-Ionen von außen angewiesen. Es konnte außerdem erstmals gezeigt werden, dass der für
5-HT3-Rezeptoren bekannte Block durch Nikotin auch an nativen Rezeptoren in trigeminalen
Neuronen auftritt. Es wurde also mit 5-HT3-Rezeptoren ein drittes wichtiges Target für Nikotin im
Trigeminus
nachgewiesen,
das
durch
einen
Nikotin-vermittelten
Block
trigeminales
Schmerzempfinden beeinflusst.
Mit einer systematischen Transkriptomanalyse von Trigeminus und Dorsalwurzelganglien mittels
Next-generation-sequencing wurden die bisher zumeist qualitativen Expressionsnachweise für die
chemosensorisch relevanten Cys-loop-, TRP- und KCNK-Kanäle im Trigeminus in einem
quantitativen Verfahren bestätigt und mit DRG verglichen. Mit Hilfe einer Amplikonsequenzierung
wurde das Transkriptom einiger einzelner im Calcium-Imaging unter den erwähnten simultanen
Blockerbedingungen identifizierten und aus der Zellkultur isolierten Neurone untersucht, um
Kandidaten eines unbekannten Rezeptors für (-)-Nikotin zu identifizieren. Dabei wurde eine
deutliche Expression olfaktorischer Rezeptoren in einzelnen Neuronen festgestellt. In einem der
zwei bei simultanem Block Nikotin-responsiven Neurone wurde der Olfr293, in dem anderen
Olfr1200 exprimiert. Aus der Menge bekannter Transmembranrezeptoren exprimierten diese
beiden Zellen nur den Latrophilinrezeptor Gpr137 gemeinsam.
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Zusammenfassung
Die mit der Einzelzelltranskriptomanalyse gewonnen Expressionsergebnisse bieten weitere
Ansätze, unter den vielen im Trigeminus exprimierten Transmembranrezeptoren die gesuchten
unbekannten Rezeptoren für Nikotin zu finden.
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