Ca²⁺-signaling in glatten Muskelzellen der Luftwege in T-bet Knock-Out Mäusen

Zusammenfassung

Hintergrund: Glatte Muskelzellen der Luftwege (ASMC) spielen in der bronchialen Hyperreagibilität eine entscheidende Rolle. Kalzium ist der wichtigste Faktor in der Signalkaskade, die die Kontraktion der ASMC bewirkt. T-bet knock-out (KO)-Mäuse zeigen spontan eine Dominanz von T_H2-Lymphozyten sowie histologische und funktionelle Eigenschaften des Asthma bronchiale. Ziel unserer Untersuchung war die Beantwortung der Frage, ob die Ca²⁺-Homöostase in ASMC von T-bet KO-Mäusen als einem experimentellen Modell für das Asthma bronchiale verändert ist. Methode: Lungenschnitte von 100 - 200 µm Dicke wurden von T-bet KO- und Wildtyp-Mäusen kultiviert. Die Azetylcholin (ACH)-induzierte bronchiale Kontraktion wurde mittels Video-Mikroskopie quantifiziert und das ACH-induzierte Ca²⁺-signaling einzelner ASMC in den Lungenschnitten mittels 2-Photonen-Mikroskopie analysiert. Ergebnisse: Bronchien von T-bet KO-Mäusen zeigten einen erhöhten basalen Tonus, der mit vermehrten spontanen Änderungen der intrazellulären Ca²⁺-Konzentration der ASMC verbunden war. Im Vergleich zu Wildtyp-Mäusen waren Bronchien von T-bet KO-Mäusen zudem hyperreagibel. Dies korrelierte mit erhöhten ACH-induzierten Ca²⁺-Transienten und einem erhöhten Prozentsatz von ASMC, die ACH-induzierte Ca²⁺-Oszillationen aufwiesen. Nach der Entleerung der intrazellulären Ca²⁺-Speicher durch Caffeine or Cyclopiazonic Acid war der Ca²⁺-Anstieg in ASMC von T-bet KO-Mäusen höher als in Wildtyp-Mäusen. Schlussfolgerungen: Eine veränderte Ca²⁺-Homöostase von ASMC trägt zu dem erhöhten basalen Bronchotonus und zur bronchialen Hyperreagibilität in Lungenschnitten von T-bet KO-Mäusen bei. Dem liegt wahrscheinlich ein erhöhter Ca²⁺-Gehalt der intrazellulären Ca²⁺-Speicher zu Grunde.

Abstract

Background: Airway smooth muscle cells (ASMC) play a key role in bronchial hyperresponsiveness (BHR). A major component of the signalling cascade leading to ASMC contraction is calcium. T-bet knock-out (KO) mice show the key features of allergic asthma such as a shift towards T_H2-lymphocytes and display a broad spectrum of asthma-like histological and functional characteristics. In this study, we aimed at investigating whether Ca²⁺-homeostasis of ASMC is altered in T-bet KO-mice as an experimental model of asthma. Methods: Lung slices of 100 to 200 µm thickness were obtained from T-bet KO- and wild-type mice. Airway contractions in response to acetylcholine (ACH) were measured by video-microscopy and Ca²⁺-signaling in single ASMC of lung slices was assessed using two-photon microscopy. Results: Airways from T-bet KO-mice showed increased baseline airway tone (BAT) and BHR compared to those of wild-type mice. The increased BAT was correlated with an increased incidence of spontaneous changes in intracellular Ca²⁺-concentrations, whereas BHR correlated with higher ACH-induced Ca²⁺-transients and an increased proportion of ASMC showing Ca²⁺-oscillations. Emptying intracellular Ca²⁺-stores using caffeine or cyclopiazonic acid induced higher Ca²⁺-elevations in ASMC from T-bet KO compared to wild-type mice.Conclusions:Altered Ca²⁺-homeostasis of ASMC contributes to increased BAT and BHR in lung slices from T-bet KO mice as a murine asthma model. We propose that a higher Ca²⁺-content of the intracellular Ca²⁺-stores is involved in the pathophysiology of these changes.

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