Regulation des Kaliumtransportes durch das Zellvolumen

Zusammenfassung

Der intestinale Kaliumtransport wird durch verschiedene Second Messenger Systeme (v.a. cAMP und Ca²⁺) reguliert. Ein anderer Signalweg, der Einfluss auf z.B. den Na⁺- und Cl^--Transport nimmt, ist das Zellvolumen. Volumensensitive K⁺-Kanäle kommen in der basolateralen Membran von Kolonkryptenzellen vor. Deshalb wurde untersucht, welchen Einfluss Veränderungen im Zellvolumen auf den transepithelialen K⁺-Transport haben.

Eine Zellschwellung wurde durch ein hypoosmolares Medium induziert. Veränderungen im Ionentransport am distalen und proximalen Kolon der Ratte wurden mit Hilfe von unidirektionalen Flüssen, Efflux- und Uptake-Versuchen erfasst; als Marker für K⁺ wurde ⁸⁶Rb⁺ eingesetzt.

Am distalen Kolon induzierte eine Zellschwellung, ausgelöst durch ein hypoosmolares Medium, eine Netto-K⁺-Sekretion. Im Unterschied dazu führte die Inkubation des Gewebes in einem hyperosmolaren Medium - vermittelt über eine Zellschrumpfung - zu einer Hemmung des resorptiven Flusses (J_ms) von K⁺, insbesondere am distalen Kolon.

Die Regulation des K⁺-Transportes durch das Zellvolumen ist nicht auf eine Änderung in den Aktivitäten von K⁺-Aufnahmemechanismen zurückzuführen, da weder ein hypo- noch ein hyperosmolares Medium einen Effekt auf den K⁺-Uptake zeigte. Stattdessen wurde der K⁺-Ausstrom verändert. Zellschwellung stimulierte den K⁺-Efflux in beiden Dickdarmabschnitten, während Zellschrumpfung ihn verminderte. Der apikale schwellungsinduzierte Efflux erwies sich als sensitiv gegenüber dem K⁺-Kanalblocker Ba²⁺ und der basolaterale gegenüber dem K⁺-Kanalblocker Quinin am distalen Kolon.

Inkubation in einer Ca²⁺-freien Lösung mit 5 mmol^.l^-1 Mg²⁺ und Zugabe von La³⁺, einem unspezifischen Kationen-Kanalblocker, verminderten den basalen Efflux durch die basolaterale Membran im distalen Kolon. Den gleichen Effekt zeigte eine Versuchsserie mit Brefeldin A, welches den Transport von neu synthetisierten Proteinen aus dem Golgi-Apparat hemmt. Die Stimulation des Effluxes durch Zellschwellung blieb jedoch unverändert. Im Gegenteil war die Stimulation des apikalen K⁺-Effluxes in Gegenwart von Inhibitoren des Zytoskeletts wie Colchicin, welches eine Depolymerisation von Mikrotubuli auslöst, und von Brefeldin A sogar verstärkt.

Die Versuche belegen, dass volumensensitive K⁺-Kanäle, die unter anderem durch Ca²⁺ und das Zytoskelett beeinflusst werden können, an der Regulation des transepithelialen K⁺-Transportes im Kolon beteiligt sind.