Die Rolle des Hedgehog-Signalwegs in der Nierenfibrose: Reguliert der Hedgehog-Transkriptionsfaktor Gli2 das Überleben und die Proliferation von Perizyten?
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Während meines Forschungsaufenthalts im Labor von Ben Humphreys habe ich grundsätzlich an zwei größeren Projekten gearbeitet. Zum einen haben wir im Mausmodell und in vitro die Rolle des Hedgehog-Signalwegs in der Nierenfibrose untersucht, insbesondere die Rolle des Transkriptionsfaktors Gli2. Hier konnten wir zeigen, dass die Hemmung von Gli2 durch Medikamente bzw. kleine Moleküle (Darinaparsin; GANT61) vor oder nach Eintritt der Schädigung (unilaterale Ureterobstruktion) zu einer geringer ausgeprägten Nierenfibrose führt. Wir konnten Gli1 als Marker für eine Zellpopulation identifizieren, die in der Fibrose expandiert und dann asma und PDGFRb exprimiert. Wenn diese Zellen abladiert werden oder wenn Gli2 in diesen Zellen durch konditionellen Knockout oder über Expression eines dominant-negativen Gli3 gehemmt wird, ist die Ausprägung der Fibrose bei gleichem Stimulus geringer. Wir konnten zeigen, dass Gli2 in den interstitiellen Zellen Proliferation reguliert und seine Hemmung zum Zellzyklus-Arrest führt. Auch in menschlichen Nieren mit Nierenfibrose ist Gli2 im Vergleich zu nicht fibrotischen Kontrollen hochreguliert. Gli 2 ist damit insgesamt ein spannendes, mögliches neues Ziel für die Entwicklung von Therapien, um die Entwicklung einer Nierenfibrose zu bremsen und Nierenfunktion länger zu erhalten. Zum anderen habe ich mich mit der Regeneration im Tubulusepithel nach akuter Ischämie- Reperfusion beschäftigt. Der Transkriptionsfaktor etv4 ist nach Ischämie-Reperfusionsschaden in der Mausniere hochreguliert mit einem Maximum an Tag 3-5 nach Schädigung; mit zunehmender Schwere der Schädigung steigt auch die etv4-Expression. In der Etv4-LacZ-Maus zeigt sich die Expression vor allem im proximalen Tubulus und hier im Bereich des S3-Segments, wo auch die stärkste Schädigung durch die Ischämie stattfindet. Um die Funktion von etv4 weiter zu untersuchen, wählten wir eine dominant-negative Herangehensweise, da etv5 für etv4 in dessen Abwesenheit kompensieren kann. Aus dem Labor von Andy McMahon erhielten wir eine Maus, die konditionell (cre/lox-System) ein dominant-negatives Etv4 exprimieren kann (DN-Etv4-IRES-nGFP fl/fl); wir kreuzten sie zum einen mit der konstitutiv aktiven Six2-cre-Maus, um die Rolle von etv4 in der Nephronentwicklung zu studieren und zu sehen, ob es in der Embryonalentwicklung eine Rolle im Bereich der Tubuli spielt. Hier zeigte sich, dass die Hemmung von etv4 in der Nephron- Progenitorpopulation zu Störungen in der Nephronentwicklung führt: die Mäuse sterben im Alter von 3-5 Wochen an Nierenversagen und sind kleiner als ihre Cre-negativen Geschwister. Zum anderen kreuzten wir sie mit der Tamoxifen-induzierbaren konditionellen NDRG1-Cre-ERt2- Maus, die eine besonders gute Rekombination im Bereich des S3-Segments des proximalen Tubulus aufweist. Hier untersuchten wir, welche Auswirkungen die Expression eines dominant-negativen Etv4 auf die Regeneration nach Ischämie-Reperfusion (I/R) hat. Es zeigt sich, dass die Hemmung von Etv4 vor Schädigung durch I/R schützt, und dass die Tubuluszellen vor und nach Schädigung deutlich weniger proliferieren. Dies konnten wir auch in der Zellkultur über virale Expression des DN-Etv4 belegen. Hier wäre denkbar, in der Zukunft etv4 vor erwarteter ischämischer Nierenschädigung medikamentös zu inhibieren, beispielsweise vor Operationen mit Herz-Lungen-Maschine oder Spendernieren während der kalten Ischämie. Die Daten zu Etv4 in der Nierenregeneration habe ich 2015 bei der Jahrestagung der DGfN vorgestellt und einen Posterpreis erhalten.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Rationale of mesenchymal stem cell therapy in kidney injury. Nephron Clin Pract, 2014. 127(1-4): p. 75-80
Fleig, S.V. and B.D. Humphreys
(Siehe online unter https://doi.org/10.1159/000363680) - Translational profiles of medullary myofibroblasts during kidney fibrosis. J Am Soc Nephrol, 2014. 25(9): p. 1979-90
Grgic, I., Krautzberger, A. M., Hofmeister, A., Lalli, M., DiRocco, D. P., Fleig, S. V., Liu, J., Duffield, J. S., McMahon, A. P., Aronow, B., Humphreys, B. D.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1681/ASN.2013101143) - AKI Upregulates the Transcriptional Activator Etv4 Specifically in Dedifferentiated Proximal Tubule Where it Drives Epithelial Cell Proliferation and Migration. ASN Kidney Week 2015, San Diego, CA, USA
Fleig, S. V., Xu, F.F., Machado, F., Wu, C.-C., Chang-Panesso, M., Kramann, R., Yanagita, M. and Humphreys, B.D.
- Der Transkriptionsaktivator etv4 ist nach akutem Nierenversagen hochreguliert und steuert die Proliferation proximaler Tubulusepithelzellen in der Regenerationsphase. Jahreskongress der DGfN 2015 in Berlin. Posterpreis der DGfN 2015
Fleig, S. V., Xu, F.F., Machado, F., Wu, C.-C., Chang-Panesso, M., Kramann, R., Yanagita, M. and Humphreys, B.D.
- Dominant Negative Etv Expression in Metanephric Mesenchyme Reduces Nephron Endowment: A Model of Low Nephron Number CKD. ASN Kidney week 2015, San Diego, CA, USA
Fleig, S. V., Machado, F., Humphreys, B. D.
- Etv4-Inhibition im metanephrischen Mesenchym als genetisches Modell für chronisches Nierenversagen in der Maus. Jahreskongress der DGfN in Berlin 2015
Fleig, S. V., Machado, F., Humphreys, B. D.
- Perivascular Gli1+ progenitors are key contributors to injury-induced organ fibrosis. Cell Stem Cell, 2015. 16(1): p. 51-66
Kramann, R., Schneider, R. K., DiRocco, D. P., Machado, F., Fleig, S., Bondzie, P. A., Henderson, J. M., Ebert, B. L., Humphreys, B. D.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.stem.2014.11.004) - Pharmacological GLI2 inhibition prevents myofibroblast cell-cycle progression and reduces kidney fibrosis. J Clin Invest, 2015. 125(8): p. 2935-51
Kramann, R., Fleig, S. V., Schneider, R. K., Fabian, S. L., DiRocco, D. P., Maarouf, O., Wongboonsin, J., Ikeda, Y., Heckl, D., Chang, S. L., Rennke, H. G., Waikar, S. S., Humphreys, B. D.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1172/JCI74929)
