Muskarin-cholinerge und adrenerge Rezeptoren des autonomen Nervensystems im Respirationstrakt spielen sowohl bei der physiologischen Regulation der Atemwegsfunktion als auch bei der Entstehung und Behandlung wiederkehrender obstruktiver Atemwegserkrankungen (RAO) des Pferdes eine wichtige Rolle. Im Wesentlichen sorgen diese Rezeptorsysteme für eine Relaxation und bzw. oder Kontraktion der glatten Atemwegsmuskulatur. Bei einer Erkrankung der Atemwege wird eine Störung der Balance beider Rezeptorsysteme vermutet. Neuere Forschungsergebnisse belegen, dass zum einen der β–adrenerge Rezeptor-Gs-Protein-Adenylatzyklase-Signalweg im Respirationstrakt RAO-erkrankter Pferde beeinträchtigt ist. Gleichzeitig war die Verteilung und Dichte der muskarin-cholinergen Rezeptoren unverändert. Die Signaltransduktionswege, insbesondere die des muskarin-cholinergen Rezeptorsystems, wurden jedoch bisher noch nicht ausreichend untersucht. Membranen des Lungenparenchyms sowie des Tracheal- und Bronchialepithels mit der darunter liegenden glatten Muskulatur gesunder und RAO-erkrankter Pferde wurden hinsichtlich der Funktionalität der M2- Rezeptor-Gi-Protein-AC-Kopplungsmechanismen mittels 35S-GTPγS-Bindungsstudien untersucht. Mit verschiedenen muskarin-cholinergen Agonisten und den Substanzen N-Ethylmaleimid (NEM) und Pertussistoxin (PTX) wurde die M2-Rezeptor-Gi-Protein-Kopplung überprüft. Vorher war die Ermittlung der Konzentrationen von Na+ (200 mmol/l), Mg2+ (10 mmol/l) und GDP (10 μmol/l) zur Etablierung einer optimierten 35S-GTPγS-Bindung notwendig. Es konnte gezeigt werden, dass die Basalbindung und die Agonisten-stimulierte 35S-GTPγS-Bindung zeitabhängig ist und eine Inkubationszeit festgelegt werden musste, bei der eine hohe relative Stimulation gemessen werden konnte. Diese Inkubationszeit lag bei 120 min bei einer Temperatur von 30°C. Bis zu diesem Zeitpunkt stieg die relative Stimulation der 35S-GTPγS-Bindung. Die muskarin-cholinergen Agonisten Oxotremorin M, Carbachol und Acetylcholin waren in der Lage die 35S-GTPγS-Bindung in allen untersuchten Segmenten bei gesunden und bei an RAO-erkrankten Pferden zu stimulieren, wobei Oxotremorin M die 35S-GTPγS-Bindung stärker als Carbachol und Acetylcholin stimulierte. Die maximale relative Stimulation lag in den Bronchien bei 126 %, in der Trachea bei 104 % und in der Lunge bei 41 %. Diese segmentabhängige Stimulierbarkeit der 35S-GTPγS-Bindung entspricht der Dichte der M2-muskarin-cholinergen Rezeptoren, die an Gi-Proteine gekoppelt sind. Bei an RAO-erkrankten Pferden konnte eine tendenziell stärkere Agonisten-stimulierte Interaktion zwischen den M2-muskarincholinergen Rezeptoren und Gi-Proteinen gemessen werden (Bronchien 141 % und Lunge 78 %) als bei gesunden Pferden. Dies könnte mit einer erhöhten Anzahl an Bindungsstellen für 35S-GTPγS begründet sein, was eine erhöhte Menge an Gi-Proteinen im erkrankten Gewebe bedeuten würde. Hierfür spricht die Hemmung der 35S-GTPγS-Bindung mit NEM und PTX, die die Agonisten-vermittelte 35S-GTPγS-Bindung im Gewebe von an RAO-erkrankten Pferden schwächer hemmte als im Gewebe von gesunden Pferden. Die indirekte Messung der AC-Aktivität zeigte eine segmentabhängige Reduzierung der cAMP-Produktion von Trachea über Bronchien bis hin zur Lunge. Oxotremorin M hemmte die Forskolin-vermittelte cAMPProduktion, und PTX war in der Lage diese durch Entkopplung der Gi-Proteine vom M2-Rezeptor zu hemmen. Ein weiterer Hinweis auf die erhöhte Menge von Gi-Proteinen im Gewebe RAO-erkrankter Pferde war die gemessene Reduzierung der Forskolin-induzierten cAMP-Produktion. In der vorliegenden Arbeit wurde erstmalig die Methode zur Messung der Rezeptorinteraktion mit korrespondierenden G-Proteinen - die 35S-GTPγS-Bindung - in Geweben des Respirationstrakts von Pferden etabliert. Die Stimulation mit muskarin-cholinergen Agonisten führte zu einer erhöhten 35S-GTPγS-Bindung bei an RAO-erkrankten Pferden. Außerdem konnte bei RAO eine Reduzierung der Forskolin-induzierten cAMP-Produktion beobachtet werden. Diese Ergebnisse deuten auf eine erhöhte Gi-Proteinmenge hin. Somit verschiebt sich bei RAO das Gi/Gs-Gleichgewicht auf Seite des Gi-Protein-vermittelten Signalwegs. Diese Veränderung des M2-Rezeptor-Gi-Protein-Signalwegs trägt, wie auch die Verschiebung des muskarincholinergen/ adrenergen Gleichgewichts durch β-Adrenozeptor-Downregulation, letztendlich zur bronchokonstriktorischen Aktivität bei RAO bei. Die Ergebnisse dieser Arbeit liefern somit die Grundlage für ein Evidenz-basiertes Konzept der Pharmakotherapie der RAO des Pferdes mit Muskarin-M2-selektiven Antagonisten zusätzlich zur etablierten Basistherapie mit β2-Sympathomimetika, insbesondere wenn gegenüber diesen bereits eine Toleranz besteht.

Muskarin-cholinerge und adrenerge Rezeptoren des autonomen Nervensystems im Respirationstrakt spielen sowohl bei der physiologischen Regulation der Atemwegsfunktion als auch bei der Entstehung und Behandlung wiederkehrender obstruktiver Atemwegserkrankungen (RAO) des Pferdes eine wichtige Rolle. Im Wesentlichen sorgen diese Rezeptorsysteme für eine Relaxation und bzw. oder Kontraktion der glatten Atemwegsmuskulatur. Bei einer Erkrankung der Atemwege wird eine Störung der Balance beider Rezeptorsysteme vermutet. Neuere Forschungsergebnisse belegen, dass zum einen der β–adrenerge Rezeptor-Gs-Protein-Adenylatzyklase-Signalweg im Respirationstrakt RAO-erkrankter Pferde beeinträchtigt ist. Gleichzeitig war die Verteilung und Dichte der muskarin-cholinergen Rezeptoren unverändert. Die Signaltransduktionswege, insbesondere die des muskarin-cholinergen Rezeptorsystems, wurden jedoch bisher noch nicht ausreichend untersucht. Membranen des Lungenparenchyms sowie des Tracheal- und Bronchialepithels mit der darunter liegenden glatten Muskulatur gesunder und RAO-erkrankter Pferde wurden hinsichtlich der Funktionalität der M2- Rezeptor-Gi-Protein-AC-Kopplungsmechanismen mittels 35S-GTPγS-Bindungsstudien untersucht. Mit verschiedenen muskarin-cholinergen Agonisten und den Substanzen N-Ethylmaleimid (NEM) und Pertussistoxin (PTX) wurde die M2-Rezeptor-Gi-Protein-Kopplung überprüft. Vorher war die Ermittlung der Konzentrationen von Na+ (200 mmol/l), Mg2+ (10 mmol/l) und GDP (10 μmol/l) zur Etablierung einer optimierten 35S-GTPγS-Bindung notwendig. Es konnte gezeigt werden, dass die Basalbindung und die Agonisten-stimulierte 35S-GTPγS-Bindung zeitabhängig ist und eine Inkubationszeit festgelegt werden musste, bei der eine hohe relative Stimulation gemessen werden konnte. Diese Inkubationszeit lag bei 120 min bei einer Temperatur von 30°C. Bis zu diesem Zeitpunkt stieg die relative Stimulation der 35S-GTPγS-Bindung. Die muskarin-cholinergen Agonisten Oxotremorin M, Carbachol und Acetylcholin waren in der Lage die 35S-GTPγS-Bindung in allen untersuchten Segmenten bei gesunden und bei an RAO-erkrankten Pferden zu stimulieren, wobei Oxotremorin M die 35S-GTPγS-Bindung stärker als Carbachol und Acetylcholin stimulierte. Die maximale relative Stimulation lag in den Bronchien bei 126 %, in der Trachea bei 104 % und in der Lunge bei 41 %. Diese segmentabhängige Stimulierbarkeit der 35S-GTPγS-Bindung entspricht der Dichte der M2-muskarin-cholinergen Rezeptoren, die an Gi-Proteine gekoppelt sind. Bei an RAO-erkrankten Pferden konnte eine tendenziell stärkere Agonisten-stimulierte Interaktion zwischen den M2-muskarincholinergen Rezeptoren und Gi-Proteinen gemessen werden (Bronchien 141 % und Lunge 78 %) als bei gesunden Pferden. Dies könnte mit einer erhöhten Anzahl an Bindungsstellen für 35S-GTPγS begründet sein, was eine erhöhte Menge an Gi-Proteinen im erkrankten Gewebe bedeuten würde. Hierfür spricht die Hemmung der 35S-GTPγS-Bindung mit NEM und PTX, die die Agonisten-vermittelte 35S-GTPγS-Bindung im Gewebe von an RAO-erkrankten Pferden schwächer hemmte als im Gewebe von gesunden Pferden. Die indirekte Messung der AC-Aktivität zeigte eine segmentabhängige Reduzierung der cAMP-Produktion von Trachea über Bronchien bis hin zur Lunge. Oxotremorin M hemmte die Forskolin-vermittelte cAMPProduktion, und PTX war in der Lage diese durch Entkopplung der Gi-Proteine vom M2-Rezeptor zu hemmen. Ein weiterer Hinweis auf die erhöhte Menge von Gi-Proteinen im Gewebe RAO-erkrankter Pferde war die gemessene Reduzierung der Forskolin-induzierten cAMP-Produktion. In der vorliegenden Arbeit wurde erstmalig die Methode zur Messung der Rezeptorinteraktion mit korrespondierenden G-Proteinen - die 35S-GTPγS-Bindung - in Geweben des Respirationstrakts von Pferden etabliert. Die Stimulation mit muskarin-cholinergen Agonisten führte zu einer erhöhten 35S-GTPγS-Bindung bei an RAO-erkrankten Pferden. Außerdem konnte bei RAO eine Reduzierung der Forskolin-induzierten cAMP-Produktion beobachtet werden. Diese Ergebnisse deuten auf eine erhöhte Gi-Proteinmenge hin. Somit verschiebt sich bei RAO das Gi/Gs-Gleichgewicht auf Seite des Gi-Protein-vermittelten Signalwegs. Diese Veränderung des M2-Rezeptor-Gi-Protein-Signalwegs trägt, wie auch die Verschiebung des muskarincholinergen/ adrenergen Gleichgewichts durch β-Adrenozeptor-Downregulation, letztendlich zur bronchokonstriktorischen Aktivität bei RAO bei. Die Ergebnisse dieser Arbeit liefern somit die Grundlage für ein Evidenz-basiertes Konzept der Pharmakotherapie der RAO des Pferdes mit Muskarin-M2-selektiven Antagonisten zusätzlich zur etablierten Basistherapie mit β2-Sympathomimetika, insbesondere wenn gegenüber diesen bereits eine Toleranz besteht.