Dokument: Untersuchung der Effekte einer chronisch erhöhten Angiotensin II - Konzentration im Hinblick auf Überleben, Dedifferenzierung sowie die Induktion von Mutationen in Nierenzellen

Titel:	Untersuchung der Effekte einer chronisch erhöhten Angiotensin II - Konzentration im Hinblick auf Überleben, Dedifferenzierung sowie die Induktion von Mutationen in Nierenzellen
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=52913
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20200504-113130-3
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Hartmann, Christina [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 12,17 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 08.04.2020 / geändert 08.04.2020
Beitragende:	PD Dr. Schupp, Nicole [Gutachter] Prof. Dr. Stark, Holger [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Epidemiologische Studien beschreiben ein erhöhtes Nierenkrebsrisiko für Hypertonie-Patienten. Eine mögliche Ursache für dieses erhöhte Krebsrisiko könnten Veränderungen im Renin-Angiotensin-Aldosteron-System (RAAS) sein, wie sie in vielen Hypertonie-Patienten auftreten. Das RAAS ist eine hormonelle Kaskade zur Regulation des Blutdrucks. Eine pathologische Überaktivierung des RAAS wie sie z.B bei einer Hypertonie vorkommt geht mit erhöhten Konzentrationen des aktiven Peptids Angiotensin II (AngII) einher. Neben seiner Funktion als Vasokonstriktor induziert AngII weitere Signalkaskaden, die beispielsweise zu gesteigerter Proliferation oder zu Inflammation führen. So konnten wir in vitro und in vivo bereits zeigen, dass eine erhöhte AngII-Konzentration zu einer vermehrten Produktion von reaktiven Sauerspezies und DNA-Schäden führt. Sind Zellen nicht in der Lage, diese DNA-Schäden zu reparieren, könnten diese sich bei anschließender Zellteilung als Mutationen in der DNA manifestieren. Mutationen sind für die Entstehung von Krebs von großer Bedeutung, da diese oft Veränderungen der Zellbiologie zur Folge haben, was im weiteren Verlauf dazu führen kann, dass sich Zellen unkontrolliert vermehren, invasieren und metastasieren. Ziel dieser Arbeit war es nun, zu untersuchen, ob bzw. inwieweit eine chronisch erhöhte AngII-Konzentration tatsächlich zu dem beschriebenen erhöhten Nierenkrebsrisiko von Hypertonie-Patienten beiträgt. Hierfür wurden wichtige Paramter untersucht, die als Voraussetzung für eine Krebs-Initiierung angesehen werden können, wie eine erhöhte Anzahl an Mutationen sowie eine Aktivierung der epithelial-mesenchymalen Transition (EMT) und eine vermehrte Proliferation in der Niere. Für die Mutationsfrequenz-Analysen wurden transgene Big Blue®-Ratten für 20 Wochen mittels osmotischer Minipumpen mit 400 µg / kg x Tag AngII behandelt, was einem chronischen Behandlungszeitraum entspricht. Diese Ratten trugen integriert in ihr Genom das LacI-Gen, welches als Zielgen für die spätere Mutations-Analyse dienen sollte. Im Laufe der 20 Wochen wurde jede Woche mittels nicht-invasiver Blutdruckmessung der Blutdruck der Tiere ermittelt. Die chronische Behandlung mit AngII führte zu einem erhöhten Blutdruck und einer histopathologischen Veränderung der Glomeruli und des Tubulussystems, was sich auch in einer verschlechterten Nierenfunktion, gemessen über eine erhöhte Albumin-Ausscheidung, wiederspiegelte. Außerdem konnte eine erhöhte lokale Inflammation, verbunden mit einer verstärkten Fibrose in der Niere gezeigt werden. Auf systemischer Ebene konnte eine gesteigerte Produktion von ROS nicht zweifelsfrei bestätigt werden, jedoch auf lokaler Ebene in der Niere. Damit verbunden konnten auch vermehrt oxidative DNA-Schäden in Form von spezifischen Basenmodifikationen und Doppelstrangbrüchen detektiert werden. Die chronische AngII-Behandlung resultierte außerdem in einer erhöhten Mutationsfrequenz in der Niere. Die anschließende Sequenzierung der Mutationen zeigte, dass nur die AngII-behandelten Tiere G → T Transversionen aufwiesen, welche typisch sind für nicht reparierte oxidative DNA-Basenmodifikationen (hier: 8-OxodG). Außerdem zeigten die AngII-behandelten Tiere eine vermehrte Anzahl proliferierender sowie apoptotischer Zellen. Da sich Nierenkrebs vorwiegend aus proximalen Tubuluszellen entwickelt, war dieser Zelltyp bei den Proliferations- bzw. Apoptoseanalysen von besonderer Bedeutung. Um aufzuklären, ob Zellen des proximalen Tubulus vermehrt proliferieren bzw. sich in gesteigertem Maße der Apoptose entziehen können, wurde eine Co-Lokalisation von proliferierenden bzw. apoptotischen Zellen mit Zellen des proximalen Tubulus untersucht. Hier konnten sowohl in den AngII-behandelten, als auch in den Kontroll-Tieren proliferierende, aber keine apoptotischen Zellen detektiert werden. Zuletzt wurde untersucht, ob in den behandelten Tieren der Prozess der EMT aktiviert wurde. Dieser Prozess wird unter fibrotischen Bedingungen aktiviert, ist aber auch für die Entwicklung von Krebszellen von enormer Wichtigkeit. Durch diesen Prozess erlangen Epithelzellen einen mesenchymalen Charakter, der es ihnen erlaubt, vermehrt zu proliferieren und zu invasieren. In den AngII-behandelten Tieren konnte ein Expressionsanstieg an mesenchymalen Markern detektiert werden, während der untersuchte epitheliale Marker leicht abnahm. Dies erlaubt die Mutmaßung, dass in diesen Tieren der Prozess der EMT induziert wurde. Vergleichend dazu konnte in einem anderen Tiermodell, in dem auch über ein überaktiviertes RAAS Hypertonie erzeugt wurde, nach einem Behandlungszeitraum von vier Wochen keine Veränderung der EMT-Markerproteine gezeigt werden. Dies deutet auf einen Zeit-abhängigen Faktor bei der Aktivierung der EMT, vermittelt von einem überaktivierten RAAS, hin. Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass in dieser Arbeit durch die chronische AngII-Behandlung eine erhöhte Produktion von ROS mit vermehrten DNA-Schäden, eine gesteigerte Mutationsfrequenz und Proliferationsrate sowie eine verstärkte Expression mesenchymaler Marker in der Niere gezeigt werden konnte. All dies unterstreicht ein mögliches Krebs-initiierendes Potenzial chronisch erhöhter AngII-Konzentrationen und könnte zu dem erhöhten Nierenkrebsrisiko von Hypertonie-Patienten beitragen. Epidemiological studies found a higher risk of kidney cancer in hypertensive patients. One possible explanation for this increased cancer risk could be changes in the renin-angiotensin-aldosterone-system (RAAS), as seen in many hypertensive patients. The RAAS is a hormonal cascade that is responsible for regulating the blood pressure. Under pathological conditions such as hypertension, an overactivation of RAAS often occurs, accompanied with increased concentrations of the active peptide angiotensin II (AngII). Apart from its function as a vasoconstrictor, a higher concentration of AngII induces several further signaling cascades leading, for example, to increased proliferation or inflammation. We recently have shown the potential of increased AngII concentrations to enhance the production of ROS and DNA damage in vitro and in vivo. If cells are not able to repair these DNA damages, they can result in a DNA mutation in a subsequent cell division. Mutations are very important for the development of cancer, as they often lead to changes in cell functions, which enable the cells to proliferate, invade and metastasise in an uncontrolled manner. The aim of this study was to investigate whether or to what extent a chronically increased AngII concentration actually contributes to the described increased renal cancer risk of hypertension patients. For this purpose, important parameters were investigated that may be considered as prerequisites for cancer initiation, such as an increased number of mutations, as well as activation of epithelial-mesenchymal transition (EMT) and increased proliferation in the kidney. For the mutation frequency analyses, Big Blue® rats were treated for 20 weeks with 400 µg / kg x day AngII via osmotic minipumps, which corresponds to a chronic treatment period. These rats carried the LacI-gene integrated into their genome, which acts as target gene for the following mutation analysis. During the 20 weeks the blood pressure was measured non-invasively every week. The chronic treatment with AngII raised the blood pressure and led to histopathological changes of glomeruli and tubuli, reflecting an impaired kidney function, which was measured via an increased albumin excretion. Furthermore, an increased local inflammation associated with enhanced fibrosis in the kidney could be demonstrated. While locally in the kidney oxidative stress was significally increased, systemically only tendencies could be found. Associated with this, augmented oxidative DNA-damage in form of specific base modifications and double-strand breaks could be detected. The chronic AngII treatment also resulted in an increased mutation frequency in the kidney. Subsequent sequencing of the mutations revealed that only the AngII-treated animals had G → T transversions typical of unrepaired oxidative DNA base modifications (in this case: 8-OxodG). Additionally, the AngII-treatment resulted in a higher number of proliferating as well as apoptotic cells. Since renal cancer predominantly develops from proximal tubuls cells, this cell type was of particular interest in the proliferation and apoptosis analyses. In order to clarify whether cells of the proximal tubulus proliferate or to a greater extent escape apoptosis, a co-localization of proliferating or apoptotic cells with cells of the proximal tubulus was investigated. Here, both in the AngII-treated and in the control animals proliferating, but no apoptotic cells were detected. Finally, it was investigated whether the process of epithelial-mesenchymal transition (EMT) was activated in the treated animals. The process of EMT is known to be activated under fibrotic conditions but is also of great importance for the development of cancer cells. By this process, epithelial cells gain mesenchymal characteristics which allows them to enhance their potential of proliferation and invasion. In the AngII-treated animals an increased expression of mesenchymal markers could be detected while the studied epithelial marker slightly decreased. This allows the assumption that the process of EMT has been activated in these animals. In comparison, in another animal model of RAAS-induced hypertension, no change in the EMT marker proteins could be demonstrated after a treatment period of 4 weeks. This indicates a time-dependent factor in the activation of EMT mediated by an overactivated RAAS. In summary, chronic angiotensin treatment has been shown to increase the production of ROS, raise DNA damage, mutation frequency and proliferation rate, and increase expression of mesenchymal markers in the kidney. All this emphasises a possible cancer-initiating potential of chronically elevated AngII concentrations which could contribute to the increased risk of renal cancer in hypertensive patients.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Medizinische Fakultät » Institute » Institut für Toxikologie
Dokument erstellt am:	04.05.2020
Dateien geändert am:	04.05.2020
Promotionsantrag am:	12.08.2019
Datum der Promotion:	06.02.2020