Untersuchungen zum Mechanismus und zur Regulation der intestinalen Anionensekretion im Duodenum des Kaninchens

Abstract

Ziel der Arbeit war es, die an der duodenalen Bikarbonatsekretion beteiligten zellulären Ionentransportmechanismen funktionell näher zu charakterisieren und Aspekte ihrer Regulation zu klären. Die Messungen wurden an proximalem Duodenalepithel des Kaninchens in einem Ussingkammeraufbau durchgeführt, wobei die Messung der Bikarbonatsekretion simultan mit dem Kurzschlussstromexperiment stattfand. Der erste Teil der Arbeit widmete sich der Klärung der Rolle der am apikalen Zellpol lokalisierten Transportproteine in der Bikarbonatsekretion unter basalen und stimulierten Bedingungen. Die Experimente zeigten, dass ein apikaler Cl-/HCO3--Austauscher einen deutlichen Anteil an der basalen aktiven Bikarbonatsekretion ins Darmlumen besitzt, die HCO3--Ionen nach Stimulation durch cAMP-Analoga jedoch hauptsächlich über eine Leitfähigkeit sezerniert werden. Aufgrund der allgemeinen Erkenntnisse über das CFTR-Protein muss dieses entweder in die cAMP-gesteuerte Regulation einer solchen Leitfähigkeit involviert sein oder sogar selber als cAMP-regulierter Cl-- und HCO3--Kanal fungieren. Der zweite Teil der Arbeit befasste sich mit den Mechanismen der duodenalen Bikarbonatbereitstellung, die wahrscheinlich einen limitierenden Faktor für die Bikarbonatsekretion darstellt. Die Experimente zeigten, dass im Duodenalepithel des Kaninchens unter nichtstimulierten Bedingungen sowohl basolateral lokalisierter Na+/HCO3--Kotransport als auch intrazelluläre HCO3--Generierung (die über die Karboanhydrasereaktion gekoppelt mit Na+/H+-Austausch zustande kommt), für die Bereitstellung von HCO3--Ionen, die ins Darmlumen sezerniert werden, verantwortlich sind. Die Anwesenheit von CO2/HCO3- im serosalen Perfusat ist dabei unbedingt erforderlich. Diese beiden Wege der Bikarbonatbereitstellung können während einer Stimulation durch cAMP-Analoga unter Hemmung des jeweils einen Weges so wirksam hochreguliert werden, dass die Sekretionsantwort nicht beeinträchtigt ist.

The aim of the doctoral thesis was the functional characterisation of several transport pathways in duodenal HCO3- secretion including their regulation. Therefore muscle-stripped rabbit proximal duodenum was mounted in an ussing-chamber and electrical parameters and HCO3--secretion rates were assessed simultaneously. The involvement of several apical transport proteins in basal and cAMP-stimulated duodenal HCO3- secretion was examined in the first part of the survey. The experiments have shown that apical Cl-/HCO3- exchange plays a major role in active HCO3-secretion under basal conditions, but is not involved in the HCO3- secretory response to cAMP-analogues, which is mediated by an anion conductance. The known properties of the CFTR-protein and these results suggest that CFTR is either involved in the cAMP-dependend regulation of this conductance or itself functions as a Cl-- and HCO3--channel under stimulated conditions. In the second part of the survey the mechanisms of HCO3- supply to the duodenocyte, which is probably rate-limiting for HCO3- secretion, were investigated. Under basal conditions Na+-HCO3- cotransport and intracellular CO2-hydration (mediated by a combination of carbonic anhydrase and Na+/H+-exchange activity) are equally important for duodenal HCO3- supply. A precondition for both pathways is the serosal presence of CO2/HCO3-. During cAMP-stimulated HCO3- secretion they can both be upregulated independently facilitating the compensation of a possible inhibition of one pathway.