HNO 2014 · 62:423–431DOI 10.1007/s00106-014-2872-yOnline publiziert: 4. Juni 2014© Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2014

A. Eckhard1, 2 · H. Löwenheim1

1 Klinik für Hals-Nasen-Ohren-Heilkunde, Universitätsklinikum Tübingen2 Massachusetts Eye and Ear Infirmary, Eaton-Peabody Laboratories, Harvard Medical School, Boston

Wasserregulation in der CochleaUnterstützen molekulare Wasserkanäle die kaliumabhängige Schalltransduktion?

Die Schalltransduktion in der Cochlea erfordert schnelle Ionenflüsse zwi-schen der Endolymphe und der Peri-lymphe. Hierdurch entstehen lokale Ionengradienten im Epithel des Duc-tus cochlearis, welche potenziell die Erregbarkeit und Vitalität der Haar-sinneszellen im Corti-Organ beein-trächtigen. Molekulare Wasserkanä-le – Aquaporine (AQP) – werden ubi-quitär in den Zellen des Ductus coch-learis exprimiert und könnten durch lokalen Wassernachstrom einen Aus-gleich dieser Ionengradienten bewir-ken. Die Aufklärung der Funktion von AQP in der Cochlea soll klären, warum Mutationen in AQP-Genen mit Innen-ohrerkrankungen wie Schwerhörig-keit und M. Menière assoziiert sind.

Hintergrund

Kaliumrecycling in der Cochlea

Kalium (K+) aus der Endolymphe fließt während der mechanoelektrischen Transduktion durch die Haarsinneszellen (HZ) und akkumuliert in der Perilym-phe (. Abb. 1a). Die perilymphatische K+-Konzentration steigt dabei, abhängig von Lautstärke und Dauer des Schallrei-zes, von 3,0 mmol/l um bis zu 1,0 mmol/l [12]. Dies stellt einen signifikanten An-stieg der perilymphatischen K+-Konzen-tration und des osmotischen Gradienten (Δπ, . Abb. 1a) an den HZ dar. Dieser K+-Konzentrationsgradient ist zugleich

die Triebkraft für die Aufnahme von K+ in die umgebenden Stützzellen. Diese sind mittels Gap Junctions elektrisch gekoppelt [13, 39] und leiten K+ entlang der „K+-Re-cyclingrouten“ zurück in die Endolymphe (. Abb. 1a).

»  Kalium zirkuliert zwischen Endolymphe und Perilymphe entlang von „Kaliumrecyclingrouten“

Das K+-Recycling in der Cochlea dient so-mit einerseits der Aufrechterhaltung der hohen K+-Konzentration in der Endo-lymphe als Grundlage des endocochleä-ren Potenzials, andererseits dem Abtrans-port von K+, welches während der Trans-duktion von HZ in die Perilymphe abge-geben wird.

Die endolymphatisch-perilymphati-sche K+-Zirkulation über die Zellen des Ductus cochlearis spiegelt sich in einer hohen Permeabilität des Ductus cochlea-ris für K+ wider, welche 5-mal höher ist als die für Natrium (Na+) bzw. 17-mal höher als die für Chlorid (Cl−), wie In-vivo-Mes-

sungen mit Isotopen dieser Ionen gezeigt haben (. Abb. 1b, [15, 17]). Grundlage der hohen K+-Permeabilität sind moleku-lare K+-Transportproteine, die in den Zel-len des Corti-Organs und der Stria vas- cularis exprimiert werden [19].

Wasserpermeabilität des Ductus cochlearis

In-vivo-Messungen mit radioaktiv mar-kiertem Wasser haben gezeigt, dass die Permeabilität des Ductus cochlearis für Wasser 130-mal höher ist als die für K+, Na+, oder Cl− (. Abb. 1b, [16]). Die mo-lekulare Grundlage dieser hohen Wasser-permeabilität im Ductus cochlearis ist un-bekannt.

»  Der Ductus cochlearis ist über 130-mal permeabler für Wasser als für Kalium und andere Ionen

Die meisten der wassertransportieren-den Epithelien exprimieren molekulare Wasserkanäle – Aquaporine (AQP) – in ihren Zellmembranen [14, 37]. AQP er-

Tab. 1  Diffusive und osmotische Wasserpermeabilitätskoeffizienten der Perilymph-Endo-lymph-Barriere in der Cochlea. (Daten nach [7])

Abschnitt der PEB PD (× 10−5 cm/s) Pf (× 10−5 cm/s) Pf/PD

Reissner-Membran 12,06 – –

Corti-Organ 10,2 – –

Gesamte PEB 8,18 61,5 7,52PD Diffusiver Wasserpermeabilitätskoeffizient, Pf osmotischer Wasserpermeabilitätskoeffizient, PEB Perilymph-Endolymph-Barriere.

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Leitthema

möglichen einen schnellen Wassertrans-port über diese Epithelien. Dies ist für die Homöostase der Gewebe und die Funk-tion vieler Organe eine entscheidende Vo-raussetzung. AQP sind Transmembran-proteine mit einer zentralen Porenregion (. Abb. 1c), die eine hohe Selektivität für Wassermoleküle aufweist [3]. Zugleich erlauben AQP eine sehr viel schnellere transmembranäre Passage von Wasser-molekülen, als die Diffusion durch die hy-drophobe Phospholipiddoppelschicht von Zellmembranen zulässt. AQP sind keine aktiven Transportmoleküle, Triebkraft des Wasserflusses durch AQP sind die an der Zellmembran herrschenden osmotischen (Δπ) und hydrostatischen Druckgradien-

ten. Die Entdeckung des ersten moleku-laren Wasserkanals (AQP1) zu Beginn der 1990er-Jahre [29] initierte einen fun-damentalen Wandel in der Erforschung der (Patho-)Physiologie der Wasserregu-lation und wurde deshalb im Jahr 2003 mit dem Nobelpreis für Chemie an Peter Agre gewürdigt [1]. Nur 3 Jahre nach der Erstbeschreibung von AQP1 wurde die-ser Wasserkanal auch in Zellen des Duc-tus cochlearis entdeckt [34]. Mittlerweile sind in Säugern 13 AQP-Subtypen (AQP0-AQP12) beschrieben worden, von denen mindestens 8 Subtypen in unterschiedli-chen Expressionsmustern von nahezu al-len Stützzellen im Ductus cochlearis ex-primiert werden (. Abb. 1d, [5]).

Zielsetzung

Vor dem Hintergrund der ubiquitären Ex-pression von AQP in den Zellen des Duc-tus cochlearis, sollte zum einen untersucht werden, ob die hohe Wasserpermeabilität des Ductus cochlearis durch AQP vermit-telt wird und zum anderen, welches die Triebkräfte für AQP-vermittelte Wasser-ströme durch die Zellen des Ductus coch-learis sein können.

Methoden

Es wurde die Wasserpermeabilität der Reissner-Membran, des Corti-Organs so-wie des gesamten Ductus cochlearis bei

Abb. 1 8 a Darstellung der postulierten „Recyclingrouten“ für Kaliumionen (K+) in der Cochlea. b Diffusionsgeschwindig-keiten von Isotopen für Natrium (Na+), Chlorid (Cl−), K+ und Wasser (H2O) über die Perilymph-Endolymph-Barriere (PEB) der Meerschweincochlea. (Daten nach [15, 16, 17]) c Schematische Darstellung eines transmembranären Wasserkanalproteins (Aquaporin, AQP). Wassermoleküle (rot) passieren die zentrale Porenregion des Kanals. (Aus [35]). d Synopsis der Expression von AQP-Subtypen in den Zellen des Ductus cochlearis. (Mod. nach [5], mit freundl. Genehmigung des Elsevier-Verlags)

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Leitthema

Abwesenheit eines osmotischen Gra-dienten zwischen Perilymphe und Endo-lymphe bestimmt – in Form des diffusi-ven Wasserpermeabilitätskoeffizienten (PD; . Abb. 1c, . Tab. 1, [7]) sowie die des Ductus cochlearis bei einem osmoti-schen Gradienten von etwa 100 mOsm/l – in Form des osmotischen Wasserperme-abilitätskoeffizienten (Pf; . Tab. 1, [7]). Hierfür wurden In-vivo-Daten aus der Li-teratur zum diffusiven und osmotischen Austausch von Wasser zwischen den Pe-rilymph- und Endolymphräumen der Meerschweincochlea verwendet [16, 30]. Daten zum diffusiven Wasseraustausch (PD) über das gesamte Epithel des Duc-tus cochlearis wurden unter Verwendung des Washington University Cochlear Flu-ids Simulation Program (Cochlear Fluids Simulator, V. 1.6i, [31]) generiert.

Immunhistochemisch wurde die Ex-pression des Kaliumkanals Kir4.1 und von AQP4 im Ductus cochlearis der Rat-

te untersucht. Kir4.1 und AQP4 vermit-teln in Gliazellen des ZNS und der Retina die Homöostase der extrazellulären K+-Konzentration (via Kir4.1) sowie des ex-trazellulären Volumens (via AQP4). Hier-für sind beide Kanalproteine in distinkten Membrandomänen der Gliazellen koloka-lisiert. Den Untersuchungen dieser Stu-die lag die Hypothese einer den Gliazel-len analogen Expression von Kir4.1 und AQP4 in den Stützzellen des Ductus coch-learis zugrunde.

Ergebnisse

Wasserpermeabilität

Die ermittelten diffusiven Wasserper-meabilitäten der Reissner-Membran, des Corti-Organs und des gesamten Ductus cochlearis (. Abb. 2a, . Tab. 1, [7]) sind in einer Größenordnung mit PD-Werten anderer AQP-exprimierender Epithelien.

»  Die Wasserpermeabilität des Ductus cochlearis gleicht quantitativ der anderer AQP-exprimierender Epithelien

Insbesondere der Quotient Pf/PD, welcher für den gesamten Ductus cochlearis er-mittelt wurde (. Tab. 1, [7]), ist ein star-ker Indikator für transepitheliale Wasser-flüsse, die durch AQP beschleunigt wer-den: ein Epithelverband ohne AQP, wie MDCK-Typ-I-Zellen (. Abb. 2b), weist einen Quotienten Pf/PD von etwa 1 auf. Typische Epithelien mit AQP-beschleu-nigten Wasserflüssen, wie in der Speichel-drüse, der Konjunktiva, den Nierentubu-li, dem Darm- und Bronchusepithel wei-sen Pf/PD-Werte deutlich größer 1, zwi-schen 6 und 500 auf (. Abb. 2b). Der er-mittelte Pf/PD des Ductus cochlearis liegt in einer Größenordnung mit den Werten

der Speicheldrüse und der Konjunktiva (. Abb. 2b).

Stützzellen

Die immunhistochemische Untersuchung von Kir4.1 und AQP4 zeigt eine Koloka-lisation beider Kanalproteine in den ba-salen, bzw. basolateralen Membranen der meisten epithelialen Stützzellen entlang der K+-Recyclingrouten [6].

»  Kir4.1 und AQP4 sind in Stützzellen entlang der K+-Recyclingrouten kolokalisiert

Im Bereich des Limbus spiralis ist Kir4.1 und AQP4 (schwach) in den basolate-ralen Membranen der Interdentalzel-len (. Abb. 3a, IDZ) sowie in den basa-len Membranen der inneren Sulkuszel-len (. Abb. 3a, ISZ) kolokalisiert. Innere Sulkuszellen, welche an die innere Phalan-genzelle (IPhZ) grenzen, weisen eine ba-solaterale Kolokalisation auf (. Abb. 3b). Stützzellen mit direktem Kontakt zur in-neren Haarsinneszelle – die IPhZ und die innere Pillarzelle (IPZ) – exprimie-ren Kir4.1, aber kein AQP4 (. Abb. 3b). Auch die Stützzellen mit direktem Kon-takt zu den äußeren Haarsinneszellen, die Deiters-Zellen (DZ), exprimieren Kir4.1, jedoch nicht AQP4 in ihren basolatera-len Membranen (. Abb. 3c). Die an die laterale DZ angrenzenden Hensen-Zellen (HZ) zeigen wiederum eine basolaterale Kolokalisation beider Kanäle (. Abb. 3c, d). Die Claudius-Zellen (CZ) im äuße-ren Sulkus dagegen exprimieren AQP4, aber kein Kir4.1 in der basalen Membran (. Abb. 3d). In den äußeren Sulkuszellen (ÄSZ) sind Kir4.1 und AQP4 in der ba-solateralen Membran, welche die Wurzel-fortsätze dieser Zellen umgibt, kolokali-siert (. Abb. 3e). In der Stria vascularis (SV) ist Kir4.1 exprimiert (. Abb. 3d).

Diskussion

Die Bestimmung der Wasserpermeabi-litätskoeffizienten des Ductus cochlea-ris hat einen Wert für den Quotienten Pf/PD >1 ergeben. Dies bedeutet, dass durch einen osmotischen Gradienten getriebe-ne Wasserflüsse (Pf) über das Epithel des

Zusammenfassung · Abstract

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A. Eckhard · H. LöwenheimWasserregulation in der Cochlea. Unterstützen molekulare Wasserkanäle die kaliumabhängige Schalltransduktion?

ZusammenfassungHintergrund.  Die Schalltransduktion in der Cochlea ist von der Zirkulation von Kaliumio-nen (K+) zwischen der Endolymphe und der Perilymphe entlang so genannter „K+-Recyc-lingrouten“ abhängig. Diese K+-Flüsse erzeu-gen hohe ionale und osmotische Gradienten, welche die Erregbarkeit der Haarsinneszellen sowie die zelluläre Integrität des gesamten cochleären Epithels gefährden. Molekulare Wasserkanäle – Aquaporine (AQP) – werden in allen cochleären Stützzellen entlang der K+-Recyclingrouten exprimiert; ihre Bedeu-tung für die osmotische Äquilibration der Zel-len des Ductus cochlearis ist nicht bekannt.Methoden.  Diffusive und osmotische Was-serpermeabilitäten der Reissner-Membran, des Corti-Organs sowie des gesamten Epi-thels des Ductus cochlearis wurden be-stimmt. Die Expression des Kaliumkanals Kir4.1 und des Wasserkanals AQP4 im Duc-tus cochlearis wurde immunhistochemisch untersucht.

Ergebnisse.  Die ermittelten Wasserperme-abilitätswerte weisen auf durch AQP be-schleunigte Wasserflüsse im Epithel des Duc-tus cochlearis hin. Immunhistochemisch zeigt sich eine Kolokalisation von Kir4.1 und AQP4 in distinkten Membrandomänen der Stützzel-len entlang der K+-Recyclingrouten.Schlussfolgerung.  Diese Ergebnisse legen einen durch AQP mediierten schnellen Was-seraustausch zwischen der Endolymphe, den Zellen des Ductus cochlearis und der Peri-lymphe nahe. Die subzelluläre Kolokalisation von Kir4.1 und AQP4 in epithelialen Stützzel-len spricht für eine enge funktionelle Kopp-lung von Kalium- und Wasserflüssen in der Cochlea. Dies bietet eine Erklärung für die bei Menschen mit Mutationen im AQP4-Gen be-obachtete Schwerhörigkeit.

SchlüsselwörterAquaporin 4 · Perilymphe · Endolymphe · Cochlea · Schwerhörigkeit, sensorineurale

Water regulation in the cochlea. Do molecular water channels facilitate potassium-dependent sound transduction?

AbstractBackground.  Sound transduction in the co-chlea critically depends on the circulation of potassium ions (K+) along so-called “K+ recy-cling routes” between the endolymph and perilymph. These K+ currents generate high ionic and osmotic gradients, which potential-ly impair the excitability of sensory hair cells and threaten cell survival in the entire cochle-ar duct. Molecular water channels—aquapo-rins (AQP)—are expressed in all cochlear sup-porting cells along the K+ recycling routes; however, their significance for osmotic equili-bration in cochlear duct cells is unknown.Methods.  The diffusive and osmotic water permeabilies of Reissner’s membrane, the or-gan of Corti and the entire cochlear duct ep-ithelium were determined. Expression of the potassium channel Kir4.1 and the water channel AQP4 in the cochlear duct was inves-tigated by immunohistochemistry.Results.  The calculated water permeabili-ty values indicate the extent of AQP-facili-

tated water flux across the cochlear duct ep-ithelium. Immunohistochemically, Kir4.1 and AQP4 were found to colocalize in dis-tinct membrane domains of supporting cells along the K+-recycling routes.Conclusion.  These observations suggest the presence of a rapid AQP-mediated water ex-change between the endolymph, the cells of the cochlear duct and the perilymph. The subcellular colocalization of Kir4.1 and AQP4 in epithelial supporting cells indicates func-tional coupling of potassium and water flow in the cochlea. Finally, this offers an explana-tion for the hearing impairment observed in individuals with mutations in the AQP4 gene.

KeywordsAquaporin 4 · Perilymph · Endolymph · Cochlea · Hearing loss, sensorineural

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Leitthema

Ductus cochlearis größer sind als der rein diffusive Wasseraustausch (PD) zwischen Perilymphe und Endolymphe. Diese Dif-ferenz zwischen Pf und PD ist charakteris-tisch für AQP-exprimierende Epithelien.

»  Die Wasserpermeabilitäts-koeffizienten zeigen einen durch Aquaporine beschleunigten Wasseraustausch im Ductus  cochlearis an

Die osmotische Triebkraft beschleunigt die Wasserpermeation durch AQP-Po-ren und steigert den transmembranären Wasseraustausch über das Maß der rei-nen Diffusion. Anders bei reinen Phos-pholipidmembranen (ohne AQP), deren Geschwindigkeit der transmembranären Wasserpermeation durch einen osmoti-schen Gradienten nicht über das Maß der Diffusion gesteigert werden kann. Für reine Phospholipidmembranen gilt des-halb Pf/PD ≈1 [8]. Die ubiquitäre Expres-sion verschiedener AQP-Subtypen in den Zellen des Ductus cochlearis (. Abb. 1d)

bietet somit eine plausible molekulare Grundlage für dessen hohe Wasserper-meabilität.

Die Zellen des Ductus cochlearis wei-sen aufgrund ihrer AQP-Expression eine hohe „passive“ Wasserpermeabilität auf, somit stellt sich die Frage nach den phy-siologischen Triebkräften für Wasser-flüsse in diesem Epithel. Die hohe en-dolymphatische K+-Konzentration stellt den Hauptladungsträger des endolym-phatischen Potenzials dar und K+-Flüs-se aus der Endolymphe über das Epithel des Ductus cochlearis sind die wichtigs-

Abb. 2 8 a Diffusive Permeabilitätskoeffizienten (PD) der Reissner-Membran – dem Abschnitt der Perilymph-Endolymph Bar-riere (PEB), der die Perilymphe in der Scala vestibuli (SV) von der Endolymphe in der Scala media (SM) trennt – und des Corti-Organs – dem Abschnitt der PEB, der die Perilymphe in der Scala tympani (ST) von der Endolymphe in der SM trennt. (Daten nach [7]) b Vergleich der Quotienten aus osmotischen und diffusiven Wasserpermeabilitätskoeffizienten (Pf/PD) verschiede-ner AQP-exprimierender Epithelien. (Daten nach [7]) c Osmotische Wasserpermeabilitäten (Pf) der Zellmembranen von Xeno-pus-laevis-Oozyten, welche die AQP-Subtypen AQP0–AQP10 exprimieren, bzw. von nicht transfizierten Oozyten (Kontrolle). (Daten nach [9, 10, 11, 18, 36, 38]) d Schematische Darstellung der synergistischen Funktion des Kaliumkanals Kir4.1 und des Wasserkanals AQP4 zur Regulation der Kaliumkonzentration und des Volumens im Extrazellularraum des ZNS und der Retina

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Leitthema

te Triebkraft der mechanoelektrischen Transduktion. Ähnlich wie in anderen ex-zitatorischen Geweben erfordert dies eine strenge extrazelluläre K+-Homöostase.

Im ZNS und der Retina verfügen die Gliazellen (Astrozyten bzw. Müller-Zel-len) über spezialisierte Endfußmembra-nen, in denen sie den Kaliumkanal Kir4.1 und den Wasserkanal AQP4 koexprimie-ren [22, 23]. Über gliale Endfußmembra-nen in der Nähe von Neuronen und Sy-napsen wird extrazelluläres K+ mittels Kir4.1 aufgenommen und in große ex-trazelluläre Reservoirs, wie das Blutplas-ma, den Subarachnoidalraum oder den Glaskörper verteilt. Den K+-Flüssen fol-gen schnelle, osmotisch äquilibrierende Wasserflüsse durch AQP4-Wasserkanäle, mittels derer das Volumen in den Extra-zellularräumen des ZNS und der Retina kontrolliert wird [28]. Diese Kir4.1/AQP4 vermittelte K+- und Volumenhomöosta-se wird im ZNS als „K+ spatial buffering“ [27] und in der Retina als „K+ siphoning“ [24] bezeichnet.

Die subzelluläre Kolokalisation von Kir4.1 und AQP4 in den basalen bzw. ba-solateralen Membranen der epithelialen Stützzellen des Ductus cochlearis zeigt zum einen die morphologische Analo-gie zwischen Gliazellen und cochleären Stützzellen, zum anderen lässt sie vermu-ten, dass beide Kanalsysteme für das K+-Recycling in der Cochlea eine ähnliche Funktion übernehmen wie für das „K+ spatial buffering“, im ZNS und das „K+ siphoning“ in der Retina. Bemerkens-wert ist, dass die Stützzellen mit direk-tem Kontakt zu den sensorischen Haar-sinneszellen (IPhZ, IPZ, DZ) ein abwei-chendes Expressionsmuster aufweisen; diese Stützzellen exprimieren zwar Kir4.1,

aber nicht AQP4 (. Abb. 3c und 4a). Da-mit zeigt sich in der sensorischen Domäne des Ductus cochlearis – dem Corti-Organ – eine Lücke in der AQP4-Expression.

Für diese Lücke kann die Hypothe-se eines bisher noch nicht beschriebe-nen Wasserkanals aufgestellt werden. Die AQP4/Kir4.1-koexprimierenden Stütz-zellen werden hierdurch in eine „laterale“ Gruppe, bestehend aus HZ, CZ und ÄSZ, sowie eine „mediale“ Gruppe, bestehend aus ISZ und IDZ, unterteilt (. Abb. 4a,b). Diese beiden Stützzellgruppen konsti-tuieren die in der Literatur postulier-ten „mediale“ [32] und „laterale K+-Re-cyclingrouten“ [33], entlang derer K+ in den Limbus spiralis, bzw. über das Liga-mentum spirale zur Stria vascularis fließt. Kir4.1 und AQP4 werden somit an zellu-lären Schlüsselstellen der cochleären K+-Recyclingrouten exprimiert, an denen K+ in die Stützzellsynzytien aufgenommen bzw. abgegeben wird.

Einen pathophysiologischen Hinweis auf die enge Kopplung von K+- und Was-serflüssen in der Cochlea findet sich bei Aqp4-Knockout-Mäusen; diese zeigen eine profunde sensorineurale Schwer-hörigkeit [20, 21]. Auch beim Menschen wurde eine Mutation im AQP4-Gen identifiziert, welche in vitro zu einer re-duzierten Wasserpermeabilität des Ka-nalproteins führt und mit einer Schwer-hörigkeit assoziiert ist [25]. Diese Ergeb-nisse legen nahe, dass osmotisch äquilib-rierende, durch AQP4 mediierte Wasser-flüsse eine Bedingung für K+-Flüsse im Ductus cochlearis darstellen (. Abb. 4c). Ein Sistieren der durch AQP4 vermittel-ten Wasserflüsse bringt vermutlich die endolymphatisch-perilymphatische K+-Zirkulation zum Erliegen und führt so

zur Funktionsbeeinträchtigung des Hör-organs.

Die Aufklärung der Funktion der AQP und deren Rolle für die hohe Wasserper-meabilität in der Cochlea bedarf weiterer Untersuchungen. Aktuelle Studien, wel-che veränderte AQP-Expressionsmuster im Innenohr und AQP-Genpolymorphis-men in Verbindung mit Innenohrerkran-kungen wie Altersschwerhörigkeit [2] und M. Menière [26] bringen, weisen darauf hin, dass AQP vielversprechende moleku-lardiagnostische und therapeutische Zie-le für Innenohrerkrankungen darstellen.

Fazit für die Praxis

F  Die physiologische Funktion von AQP in der Cochlea muss im Zusammen-hang mit der Ionenhomöostase von Endolymphe und Perilymphe gese-hen werden.

F  Zukünftige Studien müssen die Mem-branlokalisation der in der Cochlea exprimierten AQP-Subtypen vervoll-ständigen und die Signalkaskaden für die Membrantranslokation dieser AQP aufklären.

F  AQP sind neue, interessante Zielstruk-turen für die Diagnose und Therapie hereditärer und chronischer Innen-ohrerkrankungen.

Korrespondenzadresse

A. EckhardKlinik für Hals-Nasen-Ohren-HeilkundeUniversitätsklinikum TübingenElfriede-Aulhorn-Str. 5, 72076 Tübingenandreas.eckhard@klinikum.uni-tuebingen.de 

Abb. 3 9 Immunhistochemische Kolokalisation von Kir4.1 (grün) und AQP4 (rot) in den basalen und basolateralen Memb-randomänen der cochleären Stützzellen entlang der K+-Recyclingrouten der Ratte (postnataler Tag 38; DAPI, blau). a Im Be-reich des Limbus spiralis (LmS) sind Kir4.1 und AQP4 in den basolateralen Membranen der Interdentalzellen (IDZ) und in den basalen Membranen der inneren Sulkuszellen (ISZ) kolokalisiert. b Innere Sulkuszellen (ISZ) nahe der inneren Haarsinneszel-le (*) weisen eine Kolokalisation von Kir4.1 und AQP4 in den basolateralen Membrandomänen auf. c Die Stützzellen des Corti-Organs, welche direkten Kontakt mit den Haarsinneszellen (*) haben, weisen keine AQP4-Expression auf. Kir4.1 findet sich in den basolateralen Membranen der inneren Phalangenzelle (IPhZ), der inneren Pillarzelle (IPZ), und der Deiters-Zellen (DZ). Die lateral angrenzenden Hensen-Zellen (HZ) weisen wieder eine basolaterale Kolokalisation von Kir4.1 und AQP4 auf. d Die zwi-schen HZ und der Basilarmembran gelegenen Böttcher-Zellen (BZ) exprimieren Kir4.1. Die von den HZ teilweise bedeckten Claudius-Zellen (CZ) im äußeren Sulkus exprimieren AQP4, jedoch nicht Kir4.1 in der basolateralen Membran. e Die äußeren Sulkuszellen (ÄSZ) zeigen eine Kolokalisation von Kir4.1 und AQP4 in der basolateralen Membrandomäne, welche ihre in das Ligamentum spirale (LgS) reichenden Wurzelfortsätze umgibt. In der Stria vascularis (SV) findet sich Kir4.1 exprimiert. Maß-stabsbalken 10 μm. (Abbildungen aus [4], ähnliche Abbildungen in [6])

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Abb. 4 8 a Übersicht der immunhistochemischen Lokalisation von Kir4.1 (grün) und AQP4 (rot) in den Stützzellen des  Corti-Organs sowie des inneren und äußeren Sulkus (DAPI, blau). (Abbildung aus [4]). b Semiquantitative Analyse der Fluo-reszenzintensitäten von Kir4.1 und AQP4 in den einzelnen cochleären Stützzelltypen sowie in der Stria vascularis (SV) und des N. cochlearis (NC). IDZ Interdentalzellen, ISZ med. innere Sulkuszellen nahe des Limbus spiralis (medial), ISZ lat. innere Sulkus-zellen nahe der inneren Haarsinneszelle (lateral), IPhZ innere Phalangenzelle, IPZ innere Pillarzelle, ÄPZ äußere Pillarzelle, DZ Deiters-Zellen, HZ Hensen-Zellen, CZ Claudius-Zellen, ÄSZ äußere Sulkuszellen; *** ≙ p<0,01). (Abbildung aus [4], Abbildung aus der Dissertationsschrift des Autors A. Eckhard, [6]). c Darstellung des Kir4.1-vermittelten cochleären K+-Recyclings entlang der medialen und lateralen Routen. Die in den cochleären Stützzellen mit Kir4.1 koexprimierten AQP4-Wasserkanäle ermög-lichen schnelle transmembranäre Wasserflüsse zum Abbau osmotischer Gradienten (Δπ). (Mod. nach [5], mit freundl. Geneh-migung des Elsevier-Verlags)

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Leitthema

Danksagung.  Der Autor A. Eckhard bedankt sich für die umfangreiche Betreuung und Unterstützung bei der Durchführung seiner Dissertationsarbeit bei sei-nem Doktorvater Prof. H. Löwenheim sowie bei PD Dr. M. Müller und Dr. K. Gültig aus der Universitäts-HNO-Klinik Tübingen, Prof. H.-J. Wagner, PD Dr. B. Hirt, Dr. C. Gleiser und Dr. A. Mack vom Anatomischen Institut der Universität Tübingen, Prof. H. Wolburg vom Patholo-gischen Institut der Unversität Tübingen, Prof. J. Smol-ders vom Physiologischen Institut II der Universität Frankfurt, Prof. A. Salt vom Department of Otolaryngo-logy der Washington University School of Medicine (St. Louis, MO, USA), Prof. H. Rask-Andersen und Dr. W. Liu vom Department of Surgical Sciences, Section of Oto-laryngology des Uppsala University Hospitals (Uppsa-la, Sweden).

Einhaltung ethischer Richtlinien

Interessenkonflikt.  A. Eckhard gibt an, dass kein In-teressenkonflikt besteht. H. Löwenheim gibt an, außer-halb der eingereichten Arbeit Drittmittel von der Bay-er Pharma Aktiengesellschaft erhalten zu haben, Dritt-mittel von der Acousia Therapeutics GmbH erhalten zu haben und andere Verbindungen zur Acousia Thera-peutics GmbH zu haben.

Alle nationalen Richtlinien zur Haltung und zum Um-gang mit Labortieren wurden eingehalten und die notwendigen Zustimmungen der zuständigen Behör-de, dem Regierungspräsidium Tübingen, lagen vor Be-ginn der Experimente vor.

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