Die Rolle von Gαi-Proteinen für die murine Lungenfunktion

Abstract

G-Proteine sind wichtige zelluläre Komponenten bei der Signaltransduktion. G-Proteine bestehen u. a. aus einer α-Untereinheit Gα, von denen widerum mehrere Unterfamilien existieren. Die Mitglieder der Gαi-Subfamilie weisen mit 85-95 % eine hohe Identität der Aminosäuresequenz auf, was sowohl auf gemeinsame (redundante) als auch spezifische Funktionen im Organismus hinweist. Zur Analyse der spezifischen biologischen Funktionen einzelner Gαi-Isoformen wurden für alle drei Isoformen Gαi1-, Gαi2 und Gαi3 entsprechende Gen-defiziente Mauslinien generiert. Aus der Literatur und Arbeiten der eigenen Forschungsgruppe war bekannt, dass ein signifikanter Anteil von ca. 50 % der Gαi2-defizienten Mäuse um die Geburt verstirbt und dieses Versterben möglicherweise auf eine Fehlfunktion im kardiorespiratorischen System der Neugeborenen zurückzuführen ist. In der vorliegenden Arbeit wurde nun der neonatale Phänotyp und die Ursache des Versterbens der Gαi2-defizienten Mäuse näher untersucht sowie die Rolle der Isoformen Gαi2 und Gαi3 für die murine Lungenfunktion analysiert, da es sich bei diesen beiden Isoformen um die im Lungengewebe prädominant exprimierten Isoformen handelt. Phänotypisch weisen neugeborene Gαi2-defiziente Mäuse sowohl ein reduziertes Körpergewicht als auch reduzierte Organgewichte auf, was auf eine Funktion von Gαi2 bei der Vermittlung von Organwachstum hinweist. Hinsichtlich des Versterbens der Tiere bei Geburt konnte demonstriert werden, dass Gαi2-defiziente Mäuse ein pathologisches Atemmuster aufweisen und ein signifikanter Anteil von etwa 20 % der Tiere in den ersten 80 Minuten nach Geburt verstirbt. Die mikroskopische Analyse der Lungen verstorbener Gαi2-defizienter Mäuse zeigt eine kompakte Lungenstruktur mit spärlich entfalteten terminalen respiratorischen Einheiten und elektronenmikroskopisch finden sich darüber hinaus Hinweise auf eine strukturelle Fehlorganisation des pulmonalen Surfactant, der bekanntermaßen die Oberflächenspannung der Alveolen reduziert und somit ihren Kollaps verhindert. Interessanterweise zeigen überlebende Gαi2-defiziente Mäuse als adulte Tiere eine erhöhte Lungendehnbarkeit ohne Hinweise auf mikroskopische Veränderungen der Lungenstruktur. Adulte Gαi3-defiziente Mäuse weisen einen signifikant erhöhten Atemwegswiderstand auf und deuten somit auf eine spezifische Funktion von Gαi3 bei der Regulation des Atemwegswiderstands hin. Die akute Hemmung Gαi-abhängiger Signalwege durch Pertussistoxin führt zu einer Erhöhung des pulmonalarteriellen Widerstands. Da sowohl Gαi2- als auch Gαi3-defiziente Mäuse keine Veränderungen des pulmonalarteriellen Widerstands zeigen, weisen die Befunde auf eine gemeinsame, überlappende Funktion von Gαi2 und Gαi3 bei der Vermittlung des pulmonalvaskulären Widerstands hin.