Charakterisierung des Glial cell line derived neurotrophic factor (GDNF): Signalwegs und der Einfluss von GDNF auf die Funktion enterischer Gliazellen

Das enterische Nervensystem hat eine Reihe verschiedener Aufgaben und ist unter anderem zuständig für die Regulation der Darmmotilität, für das Aufrechterhalten der epithelialen Barriere zwischen Darmlumen und dem Gewebe der Darmwand sowie für die Kontrolle des Gleichgewichts zwischen Absorption und Sekretion von Flüssigkeiten. Zudem reguliert es die Magensäuresekretion und kontrolliert immunologische und endokrinologische Prozesse. Vor allem bei gastrointestinalen Störungen werden einzelne Aufgaben besonders deutlich und viele Arbeitsgruppen haben es sich zur Aufgabe gemacht, die einzelnen Funktionen des ENS genauer zu untersuchen – vor allem, um neue Therapiemöglichkeiten zu erschließen. GDNF ist ein neurotropher Faktor, der im Gastrointestinaltrakt von enterischen Gliazellen und der glatten Muskulatur sezerniert wird. Seine Aufgabe wurde zunächst vornehmlich der Neuroprotektion zugeordnet. Neuere Untersuchungen zeigen jedoch eine vielfältigere Funktion von epithelialer Protektion bis zu embryologischer Chemokinfunktion. Die Signaltransmission von GDNF erfolgt über die extrazelluläre Bindung an einen GFRα. Der entstandene Komplex bindet anschließend an eines der Transmembranproteine RET (klassisch) oder NCAM (alternativ), sodass intrazellulär eine Signalkaskade ausgelöst wird. Letztlich ist die Rolle des GDNF im enterischen Nervensystem noch nicht vollständig verstanden. Sowohl der Signalweg des GDNF als auch die Expression der Glialmarker Sox10 und S100β werden in mehreren Arbeiten bei gastrointestinalen Störungen als verändert beschrieben, sodass in dieser Arbeit ein Zusammenhang zwischen GDNF und enterischen Gliazellen untersucht werden sollte. Insbesondere wurde der Einfluss von GDNF auf enterische Gliazellen betrachte. Zunächst stand jedoch der Nachweis eines Signalwegs für GDNF auf EGC im Vordergrund. Durch die immunhistochemische Darstellung der GDNF Rezeptoren NCAM, GFRα1 und GFRα2 konnte gezeigt werden, dass enterische Gliazellen in vivo Rezeptoren für GDNF exprimieren. Ebenso ließ sich via PCR zeigen, dass diese Rezeptoren auch durch kultivierte EGC in vitro exprimiert wurden. Zudem konnte immunhistochemisch ein stimulierender Effekt auf die Transkription enterischer Gliazellen via c-fos-Aktivierung gezeigt werden, sodass folglich ein Signalweg für GDNF auf EGC existieren muss. Da keine Expression des Ret Rezeptors in vitro festgestellt werden konnte, erscheint es möglich, dass der alternative Signalweg über NCAM bei EGC eine wichtigere Rolle einnimmt. Um zu untersuchen, welchen Effekt eine durch GDNF aktivierte Signalkaskade auf EGC hat, wurden Experimente in Hinblick auf Proliferation, Inflammation und Selbstregulation angefertigt. Die Zellkerne kultivierter EGC wurden mittels DAPI und NCAM angefärbt und via des Programms Fiji: ImageJ quantifiziert. Es zeigte sich insgesamt ein proliferativer Effekt durch die Behandlung mit GDNF. Eine Dosisabhängigkeit konnte allerdings nicht festgestellt werden. Mithilfe der qPCR wurde die Expression des Zytokins IL6 durch EGC untersucht. Es bildet einen wichtigen Teil der Entzündungskaskade und dient in vielen Arbeiten als Marker für eine inflammatorische Reaktion. Eine Blockade von GDNF oder dessen Rezeptor NCAM in vitro zeigte allerdings keinen Einfluss auf die IL6 Expression. Damit scheint GDNF weder einen pro-inflammatorischen noch einen anti-inflammatorischen Effekt auf enterische Gliazellen zu haben. Die Expression der Glialmarker Cx43, GFAP, Sox10 und S100β sowie die der Rezeptoren GFRα1, GFRα2 und NCAM wurde ebenfalls via qPCR untersucht. Keines der untersuchten Moleküle zeigte eine veränderte Expression unter Behandlung mit GDNF – mit Ausnahme des Rezeptors GFRα2, der unter Zugabe von GDNF vermehrt exprimiert wurde. GFRα2 bindet GDNF allerdings nur schwach und zeigt eine höhere Affinität für einen anderen GDNF-family-Liganden: Neurturin. Damit zeigte GDNF bei den untersuchten kultivierten EGC zwar keinerlei Wirkung auf die Glialmarkerexpression und einen sehr begrenzten Effekt auf die Regulation seiner eigenen Signaltransmission, allerdings besteht die Möglichkeit, dass es einen verstärkenden Einfluss auf die Signaltransmission von Neurturin nimmt. Insgesamt zeigt diese Arbeit – trotz des nachgewiesenen Signalwegs – einen eher geringen Einfluss von GDNF auf enterische Gliazellen. Um Beobachtungen dieser Arbeit zu untermauern, sind zukünftige Arbeiten mit in vivo Präparaten nötig und es bleibt abzuwarten, ob GDNF auch dort einen proliferativen Effekt oder eine GFRα2 hochregulierende Wirkung zeigt