Superresolution-Fluoreszenzmikroskop
Final Report Abstract
Podozyten sind ein essenzieller Bestandteil der glomerulären Filtrationsbarriere. Zwischen ihren interdigitierenden Fußfortsätzen, die durch das Schlitzdiaphragma verbunden sind, befindet sich der Filtrationsschlitz. Die Fußfortsätze sind 1-2 µm lang und ca. 300 nm breit. Die Breite des Filtrationsschlitzes beträgt ungefähr 30 nm. Diese Strukturen liegen alle im Bereich der klassischen lichtmikroskopischen Auflösungsgrenze oder darunter. Daher mussten bisher zur Visualisierung der Fußfortsätze elektronenmikroskopische Verfahren eingesetzt werden, mit denen die (Ko-)Lokalisation von Proteinen nur sehr eingeschränkt untersucht werden kann. Mit dem Superresolution-Mikroskop konnten wir erstmals die Fußfortsätze der Podozyten sowohl im Menschen als auch in der Maus mittels SIM (Structured Illumination Microscopy) darstellen. Hierzu wurde der Filtrationsschlitz mittels Immunfluoreszenz-Färbung des Schlitzdiaphragma-Proteins Nephrin dargestellt. Der meanderförmige Verlauf des Filtrationsschlitzes erlaubt dann die Vermessung der Fußfortsätze. In der intakten Niere beim Menschen haben wir an 8 Nieren in Messungen an 1.220 Fußfortsätzen eine Fußfortsatzbreite von 249±68 nm (Mittelwert ± SD) bestimmt. Mit dem Superresolution-Mikroskop konnten wir erstmals größere Kapillarflächen vermessen und konnten damit die Filtrationsschlitzdichte (Länge des Filtrationsschlitzes pro Kapillaroberfläche) als neue Maßzahl einführen. Beim Gesunden beträgt die Filtrationsschlitzdichte 3,10±0,27 µm/µm2 , die an 8 Nieren auf einer Gesamtfläche von 16.955 µm2 vermessen wurde. Bei einer Schädigung der Podozyten kommt es zu einer Reduktion der Fußfortsatz-Interdigitation ("Effacement") und damit zu einer Verkürzung der Länge des Filtrationsschlitzes. Durch die Vermessung von Glomeruli aus Nierenbiopsien von 13 Patienten mit Minimal- Change-Glomerulonephritis konnten wir zeigen, dass die Filtrationsschlitzdichte bei dieser Erkrankung auf 1,83±0,49 µm/µm2 abnimmt. Die Superresolution-Mikroskopie stellt damit ein Verfahren dar, das zukünftig mit großem Gewinn sowohl in der Nierenforschung als auch in der Diagnostik eingesetzt werden kann.
Publications
- Structured illumination microscopy and automatized image processing as a rapid diagnostic tool for podocyte effacement. Sci. Rep. 7: 11473, 2017
F. Siegerist, S. Ribback, F. Dombrowski, K. Amann, U. Zimmermann, K. Endlich, N. Endlich
(See online at https://doi.org/10.1038/s41598-017-11553-x) - Studying the role of fascin-1 in mechanical stressed podocytes. Sci. Rep. 7: 9916, 2017
F. Kliewe, C. Scharf, H. Rogge, K. Darm, M.T. Lindenmeyer, K. Amann, C.D. Cohen, K. Endlich, N. Endlich
(See online at https://doi.org/10.1038/s41598-017-10116-4)
