Stadien- und gewebespezifische pränatale Expression des porzinen cystic fibrosis transmembrane conductance regulator in Trachea, Lunge und Dickdarm – Hinweise auf seine Rolle in der Organogenese?

Zystische Fibrose (engl. cystic fibrosis, CF) entsteht durch Mutationen im cystic fibrosis transmembrane conductance regulator (CFTR) Gen, das für einen epithelialen Chloridionenkanal kodiert. Sie ist bis heute eine nicht vollständig verstandene, multisystemische Erkrankung, die zu Exokrinopathien in verschiedenen Organen führt. Trotz verbesserter Behandlungsmethoden versterben die Betroffenen heute durchschnittlich mit 50 Jahren größtenteils an progressiven Lungenentzündungen.
Schon bei der Geburt liegen strukturelle Veränderungen im Respirationstrakt vor, wie beispielsweise eine Deformation der Trachea und Wandverdickungen großer Bronchien, lange bevor sich eine Lungenentzündung entwickelt. Identische Malformationen fanden sich auch in CF-Schweinemodellen, bei denen porzines CFTR (pCFTR) durch genetisch Modifikation ausgeschaltet wurde. Die Bedeutung dieses angeborenen Phänotyps für die Pathogenese von CF ist noch unklar, jedoch lassen diese Beobachtungen eine Rolle von CFTR bereits in der pränatalen Organentwicklung vermuten. Bislang liegen allerdings nur wenige Daten hinsichtlich der pränatalen CFTR-Expression vor.
Zielsetzung der vorliegenden Arbeit war somit die Charakterisierung des stadien- und gewebeabhängigen Expressionsmusters von CFTR während der pränatalen Entwicklung im unteren Respirationstrakt und Dickdarm gesunder Wildtypschweine. Die Ergebnisse wurden mit bereits bekannten Erkenntnissen der pränatalen CFTR-Expression im Menschen verglichen. In die Analysen wurden Feten zu verschiedene Trächtigkeitszeitpunkten, neugeborene Ferkel und adulte Sauen eingeschlossen. Die gewebliche Expression von CFTR wurde auf mRNA-Ebene mittels Reverse Transkriptase quantitative Polymerase Kettenreaktion quantifiziert, das zelluläre Expressionsmuster mittels Immunhistochemie bestimmt. Des Weiteren wurde die gewebliche Expression des Natriumkanals pENaC, der ebenfalls eine Rolle in der Pathogenese von CF zu spielen scheint, sowie zelluläre Marker für Becherzellen (pCLCA1) und anderer Epithelzellen (pCLCA4a) analysiert.
Die Expression aller untersuchten Gene konnten mit einer Ausnahme auf mRNA-Ebene zu jedem untersuchten Zeitpunkt vom Ende des ersten Trimenon bis 24 Stunden postpartal und bei adulten Sauen nachgewiesen werden. Einzig im alveolarreichen Lungenhauptlappen konnte pCLCA4a im zweiten Trimenon nicht bei allen Feten nachgewiesen werden, was vermutlich mit einer zu geringen Expression zusammenhängt. Die Expressionsanalyse von pCFTR und pSCNN1B, das für pENaC kodiert, ließ, wie beim Menschen auch, markante Zeitpunkte erkennen. Beispielsweise zeigte sich eine erhöhte Expression von pCFTR und pSCNN1B im unteren Respirationstrakt und Dickdarm im zweiten Trimenon. Daneben fand sich eine auffällige Reduktion der Expression von pCFTR im alveolarreichen Hauptlappen und eine Erhöhung der Expression von pSCNN1B im bronchusreichen Lungenspitzenlappen zum Zeitpunkt der Geburt. Auch die mRNA der beiden analysierten Markergene pCLCA1 und pCLCA4a wurde vermehrt im zweiten Trimenon nachgewiesen, was wahrscheinlich mit der Differenzierung der einzelnen Zelltypen zu diesem Zeitpunkt zusammenhängt.
Mittels Immunhistochemie wurde pCFTR in epithelialen Zellen des Dickdarms zu jedem untersuchten Zeitpunkt nachgewiesen. In der Trachea konnte das pCFTR-Signal jedoch nur bei neugeborenen Ferkeln und adulten Sauen, nicht aber in pränatalen Stadien nachgewiesen werden. Dies ist möglicherweise auf die mangelnde Sensitivität des Antikörpers zurückzuführen.
Die pränatale pCFTR-Expression zeigte somit ein charakteristisches, zeitabhängiges und mit humanem CFTR vergleichbaren Expressionsmuster und war durch eine erhöhte Expression im 2. Trimenon im Respirationstrakt und im Dickdarm charakterisiert. Möglicherweise ist CFTR daher zu diesem spezifische Entwicklungszeitpunkt für die Organentwicklung relevant. Zukünftige Untersuchungen zu diesem Zeitpunkt sollten an CF-Schweinefeten durchgeführt werden, um mögliche Ursachen für die angeborene Organmalformationen zu identifizieren.