Einer der wichtigsten Parameter der Nierenfunktion ist die Filtration des Blutplasmas im Glomerulus. Das Blut wird von endo- und exogenen Stoffwechselabbauprodukten befreit und gereinigt. Zudem tragen die Nieren durch die Modulation der glomerulären Filtrationsrate (GFR) maßgeblich zur Regulation des Flüssigkeitshaushalts und des arteriellen Blutdrucks bei. Die kardialen natriuretischen Peptide, ...
Zusammenfassung (Deutsch)
Einer der wichtigsten Parameter der Nierenfunktion ist die Filtration des Blutplasmas im Glomerulus. Das Blut wird von endo- und exogenen Stoffwechselabbauprodukten befreit und gereinigt. Zudem tragen die Nieren durch die Modulation der glomerulären Filtrationsrate (GFR) maßgeblich zur Regulation des Flüssigkeitshaushalts und des arteriellen Blutdrucks bei. Die kardialen natriuretischen Peptide, atriales natriuretisches Peptid (ANP) und B-Typ natriuretisches Peptid (BNP), spielen hierbei eine wichtige Rolle. Durch die Aktivierung ihres gemeinsamen Rezeptors, der membranständigen Guanylatzyklase A (GC-A) und der nachfolgenden cGMP-Ausschüttung bewirken sie im Glomerulus eine Steigerung der GFR, fördern die Natriurese und Diurese im Tubulussystem und modulieren den Blutgefäßwiderstand durch die Relaxation glatter Muskelzellen. Die GC-A ist im gesamten Nephron in verschiedenen Zelltypen exprimiert, unter anderem auch in den Podozyten, die einen wichtigen Teil der glomerulären Filtrationsbarriere bilden. Im Rahmen dieser Doktorarbeit sollte untersucht werden, welchen Einfluss die Aktivierung der Guanylatzyklase A durch die kardialen natriuretischen Peptide ANP und BNP im Podozyten auf die Regulation der glomerulären Filtrationsrate ausübt. Anhand einer podozytenspezifischen GC-A Knockout-Maus (Podo GC-A KO) wurden renale und kardiovaskuläre Parameter sowohl nach unilateraler Nephrektomie als auch nach Infusion von BNP untersucht und mit den Wurfgeschwistern (Podo GC-A WT) verglichen. Der Verlust einer Niere führte sowohl in den Podo GC-A WT als auch in den Podo GC-A KO Mäusen innerhalb kurzer Zeit zu einem rapiden Anstieg der GFR. Auch die BNP-Infusion in narkotisierten Versuchstieren ging in beiden Genotypen mit einer Steigerung der GFR sowie einer Diurese und Natriurese einher. Somit scheinen die Podozyten, obwohl sie, verglichen mit allen anderen glomerulären Zellen die höchste Expression der GC-A aufweisen, keinen Einfluss auf die Regulation der glomerulären Filtrationsrate durch die natriuretischen Peptide zu nehmen. In einem weiteren Experiment wurde eine mögliche direkte nephroprotektive Wirkung von ANP und BNP in den Podozyten untersucht. Die Applikation des Mineralokortikoids Deoxycorticosteronacetet (DOCA) in Kombination mit einer unilateralen Nephrektomie und einer Hochsalzdiät führte sowohl in den Podo GC-A KO als auch in den Podo GC-A WT Mäusen zu einer leichten Hypertension, einer Hyperfiltration und einem Anstieg des Nierengewichts. Im Gegensatz zu den Wildtyp-Mäusen zeigten die Podo GC-A KO Mäuse jedoch eine massive Albuminurie (5400-fach vs. basal; 200-fach vs. DOCA-behandelte Podo GC-A WT), die mit einer Hypoalbuminämie und einer reduzierten glomerulären Filtrationsrate einherging. Zudem wiesen die Nieren der Podo GC-A KO Mäuse gravierende Schädigungen auf, die durch eine Expansion des glomerulären Mesangiums sowie interstitielle und tubuläre Fibrose gekennzeichnet waren. Unter dem Elektronenmikroskop waren stark veränderte Podozyten mit verbreiterten, verschmolzenen Fußfortsätzen in den Glomeruli der DOCA-behandelten Knockout-Mäuse erkennbar, während die podozytären Ausläufer der DOCA-behandelten Podo GC-A Wildtyp-Mäuse eine typische Form aufwiesen und normal miteinander interagierten. Die Podozyten der Podo GC-A KO Mäuse zeigten außerdem eine verminderte Expression der Schlitzmembran-assoziierten Proteine Podocin und Synaptopodin, während die Expression des „Transient receptor potential canonical channel 6“ (TRPC6) in den Knockouts, verglichen mit den gleich behandelten Wildtypen, erhöht war. Weiterhin wurde in den Podozyten frisch isolierter Knockout-Glomeruli nach DOCA-Behandlung ein erhöhter ATP-induzierter Calcium-Influx gemessen, der durch die Applikation des TRPC-Kanal-Blockers SKF 96365 inhibiert werden konnte. In vivo führte die begleitende Behandlung der Podo GC-A KO Mäuse mit SKF 96365 zu einer deutlichen Verminderung der durch DOCA verursachten Albuminurie und der glomerulären Schädigung sowie zum Erhalt der podozytären Proteine und der Struktur der podozytären Fußfortsätze. Somit zeigen die Ergebnisse dieser Doktorarbeit zum ersten Mal, dass die kardialen natriuretischen Peptide ANP und BNP, zumindest unter pathologischen Bedingungen, über die Aktivierung ihres Rezeptors GC-A eine direkte, zelluläre nephroprotektive Wirkung besitzen, die wahrscheinlich über die Suppression des TRPC6-Kanals in den Podozyten vermittelt wird.
Übersetzung der Zusammenfassung (Englisch)
The cardiac natriuretic peptides (NPs) atrial (ANP) and B-type natriuretic peptide (BNP) regulate fluid homeostasis and arterial blood pressure. Their renal actions involve increased glomerular filtration rate (GFR) and renal vascular and tubular effects. Both peptides signal via the activation of their common receptor guanylyl cyclase-A (GC-A), that is expressed in different renal cell types, ...
Übersetzung der Zusammenfassung (Englisch)
The cardiac natriuretic peptides (NPs) atrial (ANP) and B-type natriuretic peptide (BNP) regulate fluid homeostasis and arterial blood pressure. Their renal actions involve increased glomerular filtration rate (GFR) and renal vascular and tubular effects. Both peptides signal via the activation of their common receptor guanylyl cyclase-A (GC-A), that is expressed in different renal cell types, including podocytes, where its function is unclear. To study the effects of NPs on podocytes, mice with a podocyte-specific knockout of GC-A (Podo-GC-A KO) were generated. Despite the marked reduction of GC-A mRNA in GC-A KO podocytes to 1% of the control level, Podo GC-A KO and control littermates did not differ in blood pressure, GFR and natriuresis under baseline conditions. Moreover, both unilateral nephrectomy and infusion of synthetic BNP similarly increased the GFR in both genotypes. In contrast, treatment of Podo GC-A KO mice with the mineralocorticoid DOCA and a high salt diet resulted in massive albuminuria (5400-fold vs. baseline), hypoalbuminemia, reduced GFR, and marked glomerular damage, including podocyte foot process effacement, apoptosis and glomerulosclerosis. Slit diaphragm-associated proteins like podocin were downregulated in GC-A KO podocytes under DOCA treatment, whereas TRPC6 channel expression and ATP-induced calcium influx were enhanced. Concomitant treatment of Podo-GC-A KO mice with the TRPC channel blocker SKF 96365 markedly ameliorated albuminuria and glomerular damage in response to DOCA. In conclusion, the physiologic effects of NPs on GFR and natriuresis do not involve podocytes. However, NP/GC-A/cGMP signaling protects podocyte integrity under pathological conditions, thereby attenuating massive albuminuria and renal failure, most likely by suppression of TRPC channels.
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