ist cholinerg - Anatomische Gesellschaft

Chemosensitive Bürstenzellen
in der Urethra der Maus
Filipski K¹, Wolff M¹, Papadakis T¹, Bschleipfer T², Krasteva G¹, Kummer W¹
GI
F
N N C S
+
MR
NonNeuronale
Cholinerge
Systeme
¹Institut für Anatomie und Zellbiologie, Justus-Liebig-Universität Gießen
²Klinik und Poliklinik für Urologie, Kinderurologie und Andrologie, Justus-Liebig-Universität Gießen
[email protected]
Gießen|Marburg|Frankfurt
Cholinerge Bürstenzellen exprimieren Komponenten der gustatorischen Signaltransduktionskaskade
Einleitung
RT-PCR
Eine schlanke Epithelzelle mit einem apikalen
Mikrovillusbüschel (“Bürstenzelle”) wurde im
Epithel
der
Atemwege
und
des
Gastrointestinaltrakts nachgewiesen [1, 2]. Im
Respirationstrakt wurde kürzlich gezeigt, dass
diese Zelle cholinerg ist, Bittersubstanzen,
darunter bakterielle quorum sensing molecules,
wahrnehmen kann und protektive Reflexe einleitet
[3-6]. Sie wird daher als Wächterzelle an
Eintrittspforten interpretiert. Unter dieser Annahme
ließ sich dieser Zelltyp an einer zuvor
unbekannten Lokalisation, der Tuba auditiva als
Eintrittspforte in das Mittelohr, “vorhersagen” und
nachweisen [7].
Entsprechend überprüften wir diese Hypothese,
dass ein solcher Zelltyp auch an der Eintrittspforte
in den Urogenitaltrakt, der Urethra, vorkommt.
Frühere Untersuchungen zur Verbreitung von
Bürstenzellen beschränkten sich auf die Niere und
die inneren Genitalorgane, in denen keine
Bürstenzellen detektiert werden konnten [2].
Urethra
Chemosensitive “Wächterzellen”
Gustducin ChAT-eGFP
eGFP
Gustducin eGFP
Tuba auditiva
Finger and Kinnamon, F1000 Biology reports, 3:20, 2011
PLCβ2/
ChAT-eGFP
Gen
Primer
Produktlänge (bp)
GenBank Nummer
β-Mikroglobulin (β-MG)
fwd: attcacccccactgagactg
rev: gctatttctttctgcgtgcat
192
NM_009735
Taste receptor, type 1,
member 1 (Tas1r1)
fwd: aggccacctagagatgcaga
rev: ccgcactatgacttccacct
232
NM_031867
Taste receptor, type 1,
member 2 (Tas1r2)
fwd: tctttaccctccatgccaac
rev: acatccaccatctcgtagcc
190
NM_031873
Taste receptor, type 1,
member 3 (Tas1r3)
fwd: atggctgtggaggagatcaa
rev: gtcacttagccgatccatgc
297
NM_031872
Taste receptor, type 2,
member 108 (Tas2r108)
fwd: tggatgcaaacagtctctgg
rev: ggtgagggctgaaatcagaa
158
NM_020502
TRPM5/ChATeGFP/DAPI
?
Kolokalisation mit Gustducin und PLCβ2 ist nicht 1:1, mit TRPM5 (fast) schon
Eine cholinerge, schlanke Epithelzelle in der Urethra
Modell: Mausstämme mit eGFP-Expression unter der
Kontrolle des ChAT-Promotors (ACh-Syntheseenzym)
Tallini et al., Physiol Genomics
27:391-397, 2006
Anti-eGFP, Cy3-konjugierter 2°Ak
Anti-eGFP, Cy3-konjugierter 2°Ak
+/+
TRPM5/eGFP
+/+
+/-
-/+
Distale Urethra
22
2
76
59
24
17
93
0
7
Proximale Urethra
30
0
70
28
38
34
100
0
0
Penile Urethra
47
4
48
27
67
5
87
13
0
Divertikel
46
0
54
47
50
3
85
6
9
Pelvine Urethra
9
0
91
40
44
16
93
3
4
Colliculus seminalis
14
6
80
56
25
19
70
11
19
Blasenübergang
0
0
100
58
42
0
100
0
0
Gustducin
ChAT-eGFP
PLCβ2
PLCβ2
ChAT-eGFP
ChAT-eGFP
Engelhard et al., J
Neurosci 27(21):56335642, 2007
Ureter
PLCβ2/eGFP
+/-/+
n> 3 Tiere n= 3 Tiere n< 3 Tiere
Gα-Gustducin/eGFP
+/+
+/-/+
Nierenbecken
Tas2R108
Ø cDNA
Harnblase
Anti-eGFP, Cy3-konjugierter 2°Ak
Urethra
eGFP (unverstärkt), DAPI
Gustducin, PLCβ2 und TRPM5 werden in Bürstenzellen partiell koexprimiert
Cholinerge Nervenfasern in allen Abschnitten, solitäre cholinerge Epithelzelle nur in der Urethra
Cholinerge Zellen sind Bürstenzellen, keine neuroendokrinen urethralen Zellen
Villin: Bürstenzellmarker
Villin
Villin/PLCβ2
PLCβ2
PLCβ2
PLCβ2/
Gustducin
Gustducin
PGP9.5, Chormogranin A:
neuroendokrine Marker
ChAT-eGFP-Zellen besitzen Mikrovilli
ChAT-eGFP/Villin
ChAT-eGFP/PGP9.5
TRPM5
Villin
ChAT-
Villin
ChAT
TRPM5
PLCβ2+/-
Villin
ChAT
TRPM5
PLCβ2
Gustducin+/-
Neuroendokrine
Zelle
TRPM5/PLCβ2 PLCβ2
ChAT-eGFP-Zellen sind nicht
neuroendokrin
ChAT-eGFP/Villin
Mikrovilli
Kontakt zu peptidergen und cholinozeptiven Nervenfasern
ChAT-eGFP/Chromogranin A
Es gibt auch nicht-cholinerge Bürstenzellen!
GFP
CGRP
A
GFP
CGRP
PGP
9.5
C
Frahm et al., Neuron 70 522-535, 2011
10 µm
Verteilung der Zelltypen entlang der Urethra
D
α3nAChR-eGFP
α3nAChR-eGFP/Villin
10 µm
♂
+/+
Villin/eGFP
+/-
Distale Urethra
45
54
1
Proximale Urethra
29
70
1
Penile Urethra
18
70
12
Divertikel
46
51
3
Pelvine Urethra
30
69
1
Colliculus seminalis
17
82
1
Blasenübergang
0
93
7
Serotonin/eGFP
+/+
+/-
Distale Urethra
0
43
Proximale Urethra
0
56,5
Penile Urethra
0
Divertikel
PGP 9.5/eGFP
-/+
-/+
-/+
Chromogranin A/
eGFP
+/+
+/-/+
+/+
+/-
57
0
34
66
0
39
61
43,5
0
58
42
0
46
54
43
57
0
74
26
0
60
40
0
32
68
0
40
60
0
35
65
Pelvine Urethra
0
29
71
0
47
53
1
51
48
Colliculus seminalis
0
76
24
1
74
25
0
79
21
Blasenübergang
0
85
15
0
43
57
0
65,5
GFP
CGRP
PGP
9.5
B
E
20µm
10 µm
40 µm
n> 3 Tiere n= 3 Tiere n< 3 Tiere
♀
40 µm
GFP
CGRP
PGP
9.5
34,5
Literatur
[1] Rhodin et al., Electron microscopy of the tracheal ciliated mucosa in rat. Z Zellforsch Mikrosk Anat 44(4):345-412, 1956; [2] Höfer et al., Identification of brush cells in the alimentary and respiratory system by antibodies to villin and fimbrin.Histochemistry
98(4):237-242, 1992; [3] Tizzano et al., Nasal chemosensory cells use bitter taste signaling to detect irritants and bacterial signals. Proc Natl Acad Sci USA 107(7):3210-3215, 2010; [4] Ogura et al., Chemoreception regulates chemical access to mouse
vomeronasal organ: role of solitary chemosensory cells. PLoS One 5(7):e1 1924, 2010; [5] Krasteva et al., Cholinergic chemosensory cells in the trachea regulate breathing. Proc Natl Acad Sci USA 108(23):9478-9483, 2011; [6] Krasteva et al., Cholinergic
brush cells in the trachea mediate respiratory responses to quorum sensing molecules. Life Sciences (epub ahead of print); [7] Krasteva et al., Cholinergic chemosensory cells in the auditory tube. Histochem Cell Biol 137(4):483-97
Urethra
Spinalganglion
Zusammenfassung
Bürstenzellen gibt es auch in der Urethra!
Zumindest eine große Teilpopulation
• enthält die kanonische Geschmackstransduktionskaskade
• ist cholinerg
• steht in Kontakt zu cholinozeptiven Nervenendigungen
Wir interpretieren sie als Sensorzellen des luminalen Inhalts, die
bakterielle Besiedlung und/oder andere potenzielle schädigende
Substanzen wahrnehmen und reflektorisch Schutzreflexe einleiten.