Neurons of the enteric nervous system (ENS) are located inside the gut wall. This allows them to sense changes in their microenvironment. Amongst those changes are fluctuations in the concentration of osmotically active molecules during digestive and interdigestive periods. Hypothesis of this work was that enteric submucosal neurons, which are strategically located close to epithelial cells and blood vessels may sense and respond to shifts in osmolality. This study was aimed to investigate the osmosensitivity of submucosal neurons of the guinea pig. To investigate neuronal activation after hypo- or hyperosmolar stimulation of freshly dissected guinea pig colonic preparations neuroimaging with a voltage sensitive dye was performed. In addition, the calcium imaging technique was used to investigate changes in intracellular calcium levels. Furthermore, volume changes of the neurons after the osmotic shifts were analysed. Stimulation of the neurons was achieved by exposing individual ganglia to hypo- or hyperosmolar stimuli ranging from 94 mOsm/kg to 494 mOsm/kg using a local perfusion system. Hypo- and hyperosmolar stimuli resulted in action potential discharge in a subpopulation of enteric neurons. Noteworthy this activation took place with a delay of several seconds. Application of a hypoosmolar solution also resulted in increase in intracellular calcium levels. Changes in cell volume were evident after hypoosmolar stimulation while they were not present after application of a hyperosmolar stimulus. One of the most important channels in in regards to osmosensitivity is the transient receptor potential vanilloid 4 channel (TRPV4). Due to its expression in the peripheral nervous system it was the most promising candidate for being the responsible molecular structure for osmosensitivity in the ENS. Pharmacological experiments showed that the specific and potent TRPV4 agonist GSK1016790A activated enteric neurons. Intracellular calcium increase after osmotic shifts could be blocked by the TRP channel blocker ruthenium red and spike discharge was efficiently blocked by the specific TRPV4 blocker HC-067047. Furthermore, the presence of TRPV4 in the submucosal plexus was confirmed using qRT-PCR. The chemical coding of osmosensitive neurons was investigated using immunohistochemistry. The conclusion of this study therefore is that neurons of the submucosal plexus are osmosensitive. Furthermore, the majority of osmosensitive neurons is cholinergic. Pharmacological experiments strongly indicate involvement of TRPV4 in sensing hypoosmolar stimuli.      «

Neurons of the enteric nervous system (ENS) are located inside the gut wall. This allows them to sense changes in their microenvironment. Amongst those changes are fluctuations in the concentration of osmotically active molecules during digestive and interdigestive periods. Hypothesis of this work was that enteric submucosal neurons, which are strategically located close to epithelial cells and blood vessels may sense and respond to shifts in osmolality. This study was aimed to investigate the o...     »

Neurone des enterischen Nervensystems (ENS) welches sich in der Wand des Gastrointestinaltraktes befindet besitzen die Fähigkeit kleinste Veränderungen in ihrer nahen Umgebung wahrzunehmen. Zu diesen Veränderungen zählen unter anderem auch Schwankungen in der Anzahl osmotisch wirksamer Teilchen bedingt durch Nahrungs- und Flüssigkeitsaufnahme. Die Hypothese welche dieser Arbeit zu Grunde liegt ist, dass Neurone des submukosalen Plexus, welche in räumlicher Nähe sowohl zu Epithelzellen als auch zu Blutgefäßen liegen, in der Lage sind Veränderungen der Osmolalität zu detektieren und entsprechend darauf zu reagieren. Hierzu wurde die Osmosensitivität enterischer Neurone des submukosalen Plexus des Meerschweinchens untersucht. Um neuronale Aktivierung nach Stimulation mit hypo- oder hyperosmolarer Lösung nachzuweisen wurden Bildgebende Verfahren mit spannungssensitiven Farbstoffen an Lebendpräparaten des Meerschweinchen Kolons angewendet. Des Weiteren fanden Kalzium sensitive Farbstoffe Anwendung, mit deren Hilfe Veränderungen der intrazellulären Kalziumkonzentration als Folge osmotischer Stimulation untersucht wurden. Darüber hinaus wurde die Veränderung des Zellvolumens nach osmotischer Stimulation analysiert. Die osmotischen Stimuli wurden mithilfe eines Mikro-perfusionssytems auf individuelle Ganglien appliziert wobei die Osmolalität der applizierten Lösungen zwischen 94 mOsm/kg und 494 mOsm/kg lag. Hypo- und hyperosmolare Stimuli führten zu elektrischen Entladungen in einer Subpopulation enterischer Neurone, welche mit einer Verzögerung von mehreren Sekunden nach dem Stimulus auftrat. Die Perfusion mit einer hypoosmolaren Lösung führte darüber hinaus zu einem Anstieg der intrazellulären Kalziumkonzentration. Veränderungen des Zellvolumens konnten ebenfalls nach hypoosmolarer, nicht aber nach hyperosmolarer Stimulation beobachtet werden. Einer der wichtigsten Ionenkanäle in Bezug auf Osmosensitivität ist der transient receptor potential vanilloid 4 Kanal (TRPV4). Aufgrund seiner Bedeutung für die Osmosensitivität in anderen Bereichen des peripheren Nervensystems ist er ein vielversprechender Kandidat für die osmosensitive molekulare Struktur im ENS. Pharmakologische Versuche zeigten, dass der TRPV4 Agonist GSK1016790A in enterischen Neuronen zur Entladung von Aktionspotentialen, sowie zu einer Kalziumantwort führt. Des Weiteren zeigten Experimente mit dem TRPV4 Inhibitor HC-067047, dass dieser die Antwort auf osmotische Stimuli signifikant reduzierte. Darüber hinaus konnte TRPV4 mit Hilfe von qRT-PCR auf mRNA Ebene im submukosalen Plexus des Meerschweinchens nachgewiesen werden. Immunfluoreszenz wurde benutzt um eine neurochemische Typisierung der osmosensitiven Neurone durchzuführen. Die Schlussfolgerung der vorliegenden Studie ist, dass Neurone des submukosalen Plexus osmosensitiv sind und daher das ENS in der Lage ist Änderungen der Osmolalität zu detektieren und entsprechend darauf zu reagieren. Die Mehrheit der osmosensitiven Neurone ist dem cholinergen Typ zuzuordnen. Die vorliegenden Ergebnisse deuten stark auf eine Funktion von TRPV4 im Prozess der Osmosensitivität hin.      «

Neurone des enterischen Nervensystems (ENS) welches sich in der Wand des Gastrointestinaltraktes befindet besitzen die Fähigkeit kleinste Veränderungen in ihrer nahen Umgebung wahrzunehmen. Zu diesen Veränderungen zählen unter anderem auch Schwankungen in der Anzahl osmotisch wirksamer Teilchen bedingt durch Nahrungs- und Flüssigkeitsaufnahme. Die Hypothese welche dieser Arbeit zu Grunde liegt ist, dass Neurone des submukosalen Plexus, welche in räumlicher Nähe sowohl zu Epithelzellen als auch z...     »