A8-Hypoxie-induzierte Zunahme von Zellvolumen,
Exocytose und transendothelialer Permeabilität bei Endothelzellen

Gefäßendothelzellen spielen durch ihre strategische Lokalisation zwischen Blut und Interstitium pathophysiologisch während Hypoxie oder Ischämie eine zentrale Rolle, da ihre Barrierefunktion z.T. aufgehoben und ihre Oberfläche prothrombotische und proinflammatorische Eigenschaften entwickelt. Hypoxie induziert zunächst eine intrazelluläre Azidifizierung die ihrerseits den Na+/H+-Antiporter der Plasmamembran stimuliert. Die Folgen sind verstärkte Salzaufnahme und Zellschwellung. Im weiteren ist eine Erhöhung des prothrombotischen und proinflammatorischen Potentials durch die Exozytose der Weibel-Palade-Körperchen (WPK) infolge Freisetzung des von Willebrand-Faktors (vWF) und Exprimierung von P-Selektin auf der Zelloberfläche beschrieben, sowie eine Erhöhung der parazellulären Permeabilität als Folge einer Umstrukturierung des Zytoskeletts. Diese Phänomene machen sich besonders unter mechanischer Belastung bei erhöhten Schubspannungen, wie sie bei der Reperfusion auftreten, bemerkbar. In den letzten Jahren wurden deutliche Hinweise erbracht, daß bei der Entstehung der Hypoxieschäden die an der Regulation des Zellvolumens beteiligten Ionentransporter (Na+/H+-Antiporter, Na+/K+/2Cl--Kotransporter, Bicarbonat/Cl--Austauscher) eine Schlüsselrolle spielen. Kausalzusammenhänge und molekulare Mechanismen sind allerdings nur lückenhaft bekannt. Im folgenden Projekt sollen an Endothelzellkulturen zwei Ansätze bearbeitet werden: Es soll untersucht werden 1.) ob und welcher molekulare Zusammenhang zwischen Exozytose und Volumenregulationsmechanismen besteht und 2.) welche funktionelle Bedeutung der Schubspannung als hämodynamischer Parameter für endotheliale Dysfunktionen unter Hypoxie zukommt. Die Untersuchungen zu Volumenregulation, Zellschwellung und Exozytose werden mit der Rasterkraftmikroskopie (atomic force microscopy, AFM) in Kombination mit konfokaler Laser-Scanning-Mikroskopie an lebenden Zellen durchgeführt. Dazu werden die Vesikel mit entsprechenden Transfektionssytemen Fluoreszenz-markiert und in die Volumenregulation durch spezifische Inhibitoren der volumenregulatorischen Ionentransportsysteme eingegriffen. Permeabilitätsänderungen werden impedanzspektrometrisch erfaßt. Ziel des Projektes ist ein Beitrag zur Aufklärung der Hypoxie-induzierten Endothelzell-Schäden.

Beteiligte Wissenschaftler:

Prof. Dr. H. Oberleithner, PD Dr. H Schnittler, Dr. S.W. Schneider

Veröffentlichungen:

Dieterich P, Odenthal-Schnittler M, Mrowietz Ch, Krämer M,Sasse L, Oberleithner H, Schnittler H-J: Quantitative morphodynamics of endothelial cells within confluent cultures in response to fluid shear stress. Biophys J 79: 1285-1297, 2000

Schneider SW, Egan M E, Jena B P,Guggino WB, Oberleithner H, Geibel JP: Continuous detection of extrazellular ATP on living cells by using atomic force microscopy. Proc Natl Acad Sci USA 96: 12180-12185, 1999

Schneider SW, Danker T, Rotsch C, Pagel P, Oberleithner H, Schwab A: Volume dynamics in migrating epithelial cells measured with atomic force microscopy. Pflügers Arch 439: 297-303, 2000

Schneider SW: Kiss and run mechanism in exocytosis. J Membr Biol, in press, 2000

Seebach J, Dieterich P, Luo F, Vestweber D, Oberleithner H,Galla H-J, Schnittler H-J: Endothelial barrier function under experimental fluid shear stress. Laboratory Investigations, in press, 2000