Neuromodulation durch Stickstoffmonoxid (NO): Welchen Einfluß hat NO auf die intrazelluläre Kalziumkonzentration? (Proj.-Nr.: 2997A/0087H)

Stickoxid (NO) werden neuromodulatorische Funktionen zugeschrieben, die zur Regulation von physiologischen Parametern durch das zentrale und periphere Nervensystem beitragen. Stickoxid und seine Metabolite sind aber auch entscheidende Faktoren in einer Kette von pathophysiologischen Ereignissen, die infolge von Ischämie und Hypoxie zum Tod von Neuronen im ZNS führen. Die intrazellulären Mechanismen, die letztendlich zum Tod der Zelle führen, sind in ihrer Komplexität bis heute nur unzureichend bekannt. Sicher aber ist, daß sowohl bei physiologischen als auch pathologischen Wirkungen des NO einer Erhöhung der intrazellulären Konzentration von Kalziumionen eine Schlüsselrolle zukommt. Während bei den bisherigen Untersuchungen der Arbeitsgruppe die Etablierung mikroskopisch-bildgebender Verfahren, die spezifisch das Monitoring von intrazellulären Sauerstoffradikalen und anderen potentiell pathologischen Stoffwechselfaktoren ermöglichen, im Vordergrund stand, sollen die dazu entwickelten Verfahren nun auf konkrete Situation der neuromodulatorischen Wirkung von NO angewendet werden. Mittels exzitatorischer Stimuli und exogenem NO sollen in lebenden striatalen Neuronen und Astrozyten mit Konfokalmikroskopie die Wechselbeziehungen von Kalzium, NO, Superoxid, Peroxynitrit sowie, parallel, der metabolische Zustand dieser Zellen untersucht werden. Dabei sollen primär physiologische NO-Konzentrationen eingesetzt werden. Das Projekt wird komplementiert durch Untersuchungen der Wirkung von NO unter hypoxischen Bedingungen bei gleichzeitigem Monitoring intrazellulärer Parameter wie Kalziumkonzentration, Peroxynitrit, Superoxid, pH-Wert und mitochondriale Kalziumkonzentration. Durch gezielte Applikationen von Antagonisten und Agonisten einzelner Elemente der Ereigniskaskade sind kausale Bezüge herzustellen, um die neuropathologischen Folgen von Ischämie und Hypoxie weit besser als bisher aufzuklären. Diese Erkenntnisse sind die Voraussetzung für die Entwicklung pharmakologischer I nterventionen mit dem Ziel ihrer Anwendung auf klinische Fragestellungen.

Nitric oxide (NO) modulates neuronal mechanisms contributing to the regulation of physiological parameters that are controlled by the central and peripheral nervous system. NO and its metabolites are also involved in pathophysiological events which result in the death of neurons in the central nervous system after ischemia and hypoxia. The intracellular cascade of events that eventually cause the death of such neurons are not fully understood due to the complexity of the involved mechanisms. However, it is known that both physiological and pathophysiological effects of NO are subsequent to rises in intracellular calcium. Whereas our laboratory focussed previously on the development of microscopic imaging techniques for a specific monitoring of intracellular oxygen radicals and other potentially pathological metabolites, we will now apply these methods to investigate the neuromodulatory role of NO. Using excitatory stimuli and authentic NO, we will investigate the dynamics of calcium, NO, superoxide and peroxynitrite, paralleled by the monitoring of the cellular metabolic status. In these experiments, NO will be used primarily in physiological concentrations. The project will be completed by investigating the NO effect during hypoxia, accompanied by measurements of the intracellular calcium concentration, superoxide levels, cytosolic pH, and mitochondrial calcium concentration. With applications of agonists and antagonists, that target single elements in the potential cascade mediating the effect of NO on intracellular calcium, we will identify the targets of NO. Such data will enable us to understand the mechanisms, which lead to the neuropathological manifestations after ischemia and hypoxia. The understanding of these mechanisms is a prerequisite for the development of pharmacological interventions for clinical application.