The influence of purinergic signaling on intracellular calcium signal transduction in podocytes in vivo
Final Report Abstract
Vor Beginn dieses Projektes war aufgrund der bisher publizierten Arbeiten davon auszugehen, dass Podozyten, Epithelzellen des Nierenfilters, die für dessen Funktion äußerst wichtig sind, wie etliche andere Zelltypen der Niere auch, auf ATP und Angiotensin II (AngII) mit einem Calciumsignal reagieren. Bei unseren Versuchen mit lebenden Mäusen, bei denen ein genetisch kodiertes Calciumsensorprotein in verschiedenen Zellen der Nierenkörperchen vorhanden ist, konnten wir mithilfe der Intravitalmikroskopie zeigen, dass gesunde Podozyten auf ATP, selbst bei sehr hohen Dosen nie, auf AngII nur selten mit einem Calciumsignal reagieren. Endothelzellen (Gefäßinnenwandzellen) und Tubuluszellen reagieren hingegen wiederholt und deutlich auf die Stimulation mit ATP. Wenn Podozyten durch Krankheiten geschädigt werden, steigt die Empfänglichkeit für durch ATP und AngII ausgelöste Calciumsignale stark an. So fand sich nach ATP Gabe in geschädigten Podozyten ein starkes Calciumsignal nach den gleichhohen Dosen wie für die Endothelzellen. Ebenfalls stieg nach Krankheitsinduktion die Häufigkeit mit der Podozyten auf die Gabe von AngII mit einem Calciumsignal reagieren deutlich an. Dieser Mechanismus war unabhängig von der auslösenden Schädigung und trat sowohl nach einer chemisch-toxischen Schädigung (Adriamycin), einem genetischen Proteinverlust (Podocin) als auch einer immun-vermittelten Schädigung (nephrotoxisches Serum) auf. Aus dieser Entdeckung lassen sich zwei Schlüsse ziehen. Erstens verhalten sich Podozyten in Zellkultur und isolierten Glomeruli verglichen mit der Situation in vivo deutlich eher wie geschädigte Podozyten und daher sollten Schlüsse aus diesen Modellen, zumindest was den Calciumstoffwechsel betrifft, mit Vorsicht gezogen werden. Zweitens ist davon auszugehen, dass die niedrige Bereitschaft von Podozyten mit einem Calciumsignal auf ATP und AngII zu reagieren einen biologischen Schutzmechanismus darstellt, der durch zirkulierende Mediatoren ausgelöste Calciumsignale, die das komplexe Aktinzytoskelett des Podozyten stören würden, vermeiden soll. Bei bereits eingetretener Podozytenschädigung versagt dieser Schutzmechanismus und es ist anzunehmen, dass sich hierdurch eine zusätzliche Schädigung der Zellen hinzukommen wird. Aus therapeutischer Sicht ist es daher extrem wichtig diese Mechanismen zu verstehen, um hier konsequent z.B. mit den klinisch lange etablierten ACE-Hemmern und Angiotensinrezeptorblockern den AngII Signalweg blockieren zu können. Darüber hinaus konnten wir zeigen, dass akute Nierenschnitte ein wertvolles Werkzeug für die Nierenforschung darstellen, da sich einige Schwierigkeiten der Intravitalmikroskopie hiermit umgehen lassen und Podozyten hierdurch weniger geschädigt werden als bei der Isolation von Glomeruli. Schließlich demonstrierten wird, dass ein einmaliger Calciumanstieg unabhängig von einer weiteren Schädigung nicht zu einem messbaren Podozytenschaden führt, für die wiederholte Erhöhung des Calciumspiegels erwies sich das verwendete Modell mit einem artifiziellen Rezeptor leider als nicht geeignet.
Publications
- Single and Transient Ca2+ Peaks in Podocytes do not induce Changes in Glomerular Filtration and Perfusion. Sci Rep 6: 35400, 2016
Koehler S, Braehler S, Kuczkowski A, Binz J, Hackl MJ, Hagmann H, Hoehne M, Vogt MC, Wunderlich CM, Wunderlich FT, Schweda F, Schermer B, Benzing T, Brinkkoetter PT
(See online at https://doi.org/10.1038/srep35400) - Single-nephron proteomes connect morphology and function in proteinuric kidney disease. Kidney Int. 93(6):1308-1319, 2018
Höhne M, Frese CK, Grahammer F, Dafinger C, Ciarimboli G, Butt L, Binz J, Hackl MJ, Rahmatollahi M, Kann M, Schneider S, Altintas MM, Schermer B, Reinheckel T, Göbel H, Reiser J, Huber TB, Kramann R, Seeger-Nukpezah T, Liebau MC, Beck BB, Benzing T, Beyer A, Rinschen MM
(See online at https://doi.org/10.1016/j.kint.2017.12.012) - Injured Podocytes Are Sensitized to Angiotensin II-Induced Calcium Signaling. J Am Soc Nephrol. 31: 532-542, 2020
Binz-Lotter J, Jüngst C, Rinschen MM, Koehler S, Zentis P, Schauss A, Schermer B, Benzing T, Hackl MJ
(See online at https://doi.org/10.1681/asn.2019020109)
