Die Verankerung von Aquaporin-4 durch den Dystrophin-assoziierten Proteinkomplex im Ductus cochlearis des Menschen und der Ratte

Abstract

Im Ductus cochlearis (DC) des Innenohrs gilt der Wasserkanal Aquaporin-4 (AQP4) und dessen subzelluläre Lokalisation als entscheidender Mechanismus für die osmotische Äquilibration des Stützzellsynzytiums beim Kaliumabtransport während der mechanoelektrischen Transduktion – Mutationen im AQP4-Gen bei Maus und Mensch führen zu einer nahezu vollständigen Ertaubung. AQP4-Isoformen M23 und M1 sind ultrastrukturell Teil von orthogonalen Partikelkomplexen (OPKs), die zuvor in Zellmembranen von Astrozyten des ZNS und Müllerzellen der Retina durch Gefrierbruchelektronenmikroskopie nachgewiesen werden konnten. In den Stützzellen des DCs stimmt jedoch die subzelluläre Verteilung von AQP4 und der OPKs nicht vollständig überein. Die funktionelle Relevanz der Formierung von Aquaporin-4 zu orthogonalen Partikelkomplexen ist bis heute nicht abschließend geklärt – die integrierten AQP4-Isoformen M1 und M23 weisen eine unterschiedlich hohe Wasserpermeabilität auf. Jedoch gibt es Hinweise, dass der Zellmembran überbrückende Dystrophin-assoziierte Proteinkomplex (DAPK) in den Astrozyten eine zentrale Rolle bei der Formierung von AQP4 zu OPKs sowie bei der gerichteten Verankerung von AQP4 in die Zellmembranen spielt. Im ZNS ist dies ein essenzieller Mechanismus der Zellmembranpolarisation. In Analogie zum ZNS zielte diese Studie auf die Analyse der Grundvoraussetzungen einer möglichen AQP4-Verankerung über den DAPK im Ductus cochlearis des Menschen und der Ratte sowie auf den DAPK-Einfluss auf die ultrastrukturelle AQP4-Aggregation. In RT-PCR- und qPCR-Analysen wurde im DC zuerst die Expression eines breiten Isoformenspektrums der DAPK-Mitglieder auf mRNA-Ebene untersucht. Anschließend erfolgte die gezielte Analyse der subzellulären Lokalisation einzelner DAPK-Mitglieder im DC beider Spezies aus einzelnen Zellkompartimenten durch Immunfluoreszenzmarkierungen in einem konfokalen Laserscanningmikroskop. In dieser Studie konnte im DC der Ratte und des Menschen die Kolokalisation von AQP4 und seinem DAPK-Verankerungspartner Syntrophin in allen Stützzellen außerhalb des Corti-Organs nachgewiesen werden. Somit wurde die Grundvoraussetzung im DC für eine Interaktion von AQP4 mit dem DAPK in Analogie des ZNS und der Retina gezeigt. Weiter konnten in allen Stützzellen des DCs der Ratte histoanatomisch repräsentative DAPK-Mitglieder (Syntrophin, Dystrophin, β-Dystroglykan, Laminin) in verschiedenen Membrandomänen der Stützzellen nachgewiesen werden, die die Hypothese einer AQP4-Verankerung über den DAPK im DC weiter erhärten. Der Nachweis aller untersuchter DAPK-Komponenten sowohl in den Stützzellen des Corti-Organs als auch in denen des DCs der Ratte in Zusammenhang mit dem Fehlen der AQP4-Expression im Corti-Organ könnte auf eine weitere methodisch nicht-detektierte AQP4-Isoform hinweisen. Die Aktivität der Haarsinneszellen fordert von ihren angrenzenden Stützzellen eine hohe osmotische Kompensationsfähigkeit. Für die Einordnung der funktionellen Bedeutung der AQP4-Verankerung über den DAPK im DC bietet sich eine analoge Analyse von Knock-Out-Tieren zusammen mit deren Hörmessung an. Frühere Studien über die subzelluläre OPK-Verteilung im DC der Ratte konnten in den Claudiuszellen (CZs), einem Stützzelltyp des DCs, keine OPKs nachweisen, jedoch eine AQP4-Expression. In dieser Studie konnten alle untersuchten DAPK-Mitglieder in den CZs nachgewiesen werden und somit kein Einfluss des DAPKs auf die ultrastrukturelle Formierung von AQP4 zu OPKs festgestellt werden. Somit könnte die OPK-Formierung im DC überwiegend durch das AQP4-Isoformenverhältnis M1:M23, eine weitere beschriebene Achse in der Modulation der OPK-Formierung in Größe und Dichte aus dem ZNS und der Retina, gesteuert werden. Die Kolokalisation von AQP4 mit Syntrophin und der mRNA-Nachweis aller übrigen DAPK-Komponenten im humanen DC geben Anlass zur Vermutung, dass die Prinzipien der AQP4-Verankerung über den DAPK aus Nagetieren analog auf den Menschen übertragbar zu sein scheinen. Grundsätzlich wäre ein pharmakologischer Angriffspunkt auf die AQP4-Expression über die Modulation des DAPKs denkbar.