Anselm Andreas Zdebik
Dr. med.
Calcium-regulierte exokrine Sekretion im Pankreas
Geboren am 06.04.1972 in Tübingen
Reifeprüfung am 11.06.1991 in Weinheim an der Bergstraße
Studiengang der Fachrichtung Medizin vom WS 1991 bis WS 1997/98
Physikum am 27.08.1993 an der Universität Heidelberg
Klinisches Studium in Heidelberg
Praktisches Jahr in Baltimore und Heidelberg
Staatsexamen am 28.05.1998 an der Universität Heidelberg
Promotionsfach: Physiologie
Doktorvater: Prof. Dr. med. Dr. phil. J.-C. Rüegg
Epithelien sezernieren nach Aktivierung verschiedener Signalwege Salze und Wasser, indem
sie Cl- an der basolateralen Seite aufnehmen und an der apikalen Seite wieder abgeben. Für
den Transfer über die apikale Membran werden Cl--Kanäle postuliert. Pankreas-Acini werden
durch Ca2+-Agonisten (Azetylcholin, Cholezystokinin) zur Produktion eines Cl--reichen
Sekrets angeregt.
Im Gegensatz zu vielen anderen Epithelzellen zeigen Pankreas-Acinuszellen der Ratte nach
cholinerger Stimulation charakteristische Oszillationen ihres Membranpotentials. Sie werden
von Oszillationen des intrazellulären Ca2+ begleitet. Aufbauend auf diese Befunde wurde ein
Modell zur Aufnahme von Cl- formuliert, das stark von den üblichen, auf Ionentransportern
basierenden Modellen abweicht. Nach diesem sogenannten "push-pull"-Modell wird Cl- in der
"pull"-Phase über basolaterale Cl--Kanäle in die Acinuszelle aufgenommen. Sie wird dazu
durch Öffnen nichtselektiver Kationenkanäle jenseits des Nernst-Potentials für Cl- (ECl)
depolarisiert und so der elektrochemische Gradient zum Einstrom von Cl- in die Zelle
geschaffen. In der "push"-Phase kehrt sich der Gradient um, d.h. das Membranpotential
hyperpolarisiert gegenüber ECl, und Cl- wird über apikale Kanäle wieder ins Lumen des
Acinus abgegeben.
Voruntersuchungen zur vorliegenden Studie hatten eine Aktivierung nichtselektiver
Kationenkanäle durch Ca2+-Agonisten in höheren Konzentrationen (500 µmol/l des
Azetylcholin-Analogons Carbachol) unwahrscheinlich gemacht. Daher wurde zunächst mit
der Ganzzellmodifikation der "patch-clamp"-Technik die Konzentrationsabhängigkeit der
charakteristischen Membranpotentialoszillationen untersucht. Oszillationen des
Membranpotentials traten nur bei Gabe einer niedrigen Konzentration von Carbachol auf.
Sowohl in Ruhe, als auch unter solcher Stimulation war nur eine kleine nichtselektive
Leitfähigkeit nachweisbar. Ihr Anteil an der Membranleitfähigkeit war zudem bei Gabe
niedriger Konzentrationen von Carbachol deutlich geringer als in Ruhe. Die depolarisierenden
Oszillationen erreichten ECl nicht und wurden durch eine Substitution des extrazellulären Na+
nur wenig verändert. Die Beteiligung einer nichtselektiven Leitfähigkeit an den Oszillationen
des Membranpotentials ist damit unwahrscheinlich. Sie konnten im wesentlichen auf eine
oszillierende Cl--Leitfähigkeit zurückgeführt werden. Im zweiten Teil der Arbeit wurde diese
Leitfähigkeit erstmals auf Einzelkanalebene charakterisiert. Carbachol aktivierte Kanäle der
apikalen Membran an der Zelle mit sehr kleiner Leitfähigkeit (um 2 pS). Diese Kanäle waren
auch exzidiert nachweisbar und zeigten dann eine nahezu identische Leitfähigkeit. Sie wurden
hinsichtlich ihrer Anionenselektivität untersucht und leiteten I- besser als Br- besser als Cl-.
Eine Substitution von Cl- durch Glukonat reduzierte die Einzelkanalströme unter die
Nachweisgrenze. Dagegen zeigte eine Substitution von Na+ keine Wirkung auf die
Einzelkanalströme. Hemmstoffe bereits bekannter epithelialer Cl--Kanäle hatten ebenfalls
keine Wirkung auf die Einzelkanalströme. Durch Vergleich mit der basolateralen Membran
wurde gezeigt, daß der Kanal spezifisch in der apikalen Membran lokalisiert ist.
Die Regulation durch Ca2+-Agonisten, seine Anionenselektivität und die apikale Lokalisation
deuten darauf hin, daß der untersuchte Kanal dem Ca2+-aktivierten sekretorischen Cl--Kanal
vieler Epithelien entspricht, für den aufgrund von Rauschanalysen auch eine vergleichbare
Einzelkanaleitfähigkeit postuliert wird.
