Dokument: Die Rolle von β-Arrestin-2 in der hyperglykämieinduzierten Nierenschädigung
| Titel: | Die Rolle von β-Arrestin-2 in der hyperglykämieinduzierten Nierenschädigung | |||||||
| Weiterer Titel: | The role of β-Arrestin-2 in hyperglycemia induced kidney injury | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=55927 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20210409-104619-8 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Deutsch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Frosch, Clara [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | PD Dr. med. Quack, Ivo [Gutachter] Prof. Dr. Al-Hasani, Hadi [Gutachter] | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften » 610 Medizin und Gesundheit | |||||||
| Beschreibungen: | Die diabetische Nephropathie ist die führende Ursache terminalen Nierenversagens in den westlichen Industrienationen. Durch die Hyperglykämie kommt es zu einer Schädigung des Nierenfilters, welche als Mikroalbuminurie symptomatisch wird. Die Mikroalbuminurie ist ein unabhängiger kardiovaskulärer Risikofaktor, der auch ein Fortschreiten der renalen Grunderkrankung selbst bewirkt. Die Zunahme der Anzahl terminal niereninsuffizienter Patienten, stellt eine große klinische und wirtschaftliche Herausforderung dar. Aufgrund der eingeschränkten Therapieoptionen sind Forschungen zu hyperglykämieinduzierten Pathomechanismen des Nierenfilters hochaktuell. In neuen Ansätzen werden insbesondere akute Effekte an der glomerulären Schlitzmembran untersucht, deren strukturelle Integrität entscheidend für die Funktion des Nierenfilters ist. Für die Funktion der Schlitzmembran spielt das Protein Nephrin eine kritische Rolle. Quack et al. postulierten in diesem Rahmen einen Mechanismus der hyperglykämieinduzierten β-Arrestin-2 vermittelten Nephrinendozytose. Die Internalisierung des Oberflächennephrins führt zu einem Defekt der Schlitzmembran. Dieser Mechanismus wurde bisher nur im Zellmodell erforscht. In dieser Arbeit wird die Frage nach den Effekten einer Hemmung der Endozytose durch das Ausschalten von β-Arrestin-2 in vitro und in vivo untersucht. In HEK293T-Zellen konnte durch siRNA-vermittelten β-Arrestin-2 Knockdown eine verringerte Nephrin-Endozytose in hyperglykämen Medium beobachtet werden. Für die in vivo Analysen wurde durch Streptozotocininjektion bei homozygoten beta-Arrestin-2 Knockoutmäusen eine Hyperglykämie induziert und die Albuminurie gemessen. Des Weiteren wurde die Nephrinendozytose mit einer neuen Methode zur in-vivo-Quantifizierung oberflächenständiger Moleküle der Schlitzmembran untersucht. Da die Knockoutmäuse auf C57BL/6 Hintergrund stammbedingt nur eine geringe Proteinurie entwickeln, wurde der Knockout zusätzlich auf einen FVB-Hintergrund rückgekreuzt und diese Tiere ebenfalls untersucht. Im Verlauf der 21-tägigen Hyperglykämiephase fanden sich keine signifikanten Unterschiede des Blutzucker- und Gewichtsverlauf bei den Versuchstieren. Eine tendenziell geringere Albuminurie wurde bei allen Knockoutmäusen beobachtet, der Unterschied erreichte jedoch keine Signifikanz. Im Nephrin-Endozytoseassay zeigten die C57BL/6-Knockoutmäuse eine tendenziell geringere Endozytose, die FVB-Knockoutmäuse wiederum eine tendenziell höhere Endozytose. Allerdings erreichte der Unterschied des Oberflächennephrins zwischen Wildtyp- und Knockouttieren ebenfalls nicht das Signifikanzniveau. Es ist bekannt, dass β-Arrestin-1 die Funktion von β-Arrestin-2 kompensieren kann. Es fand sich eine tendenziell erhöhte beta-Arrestin-1 Expression bei den FVB-Tieren. Des Weiteren konnten gezeigt werden, dass unbehandelte C57BL/6 beta-Arrestin-2 Knockoutmäuse im Gegensatz zu den FVB-Tieren nicht nur eine bereits vorbeschriebene Glukosestoffwechselstörung, sondern auch eine gesteigerte Albuminurie aufweisen. Zusammenfassend unterstreichen die Ergebnisse des Zellkulturmodells, dass die β–Arrestin-2 vermittelte Nephrin-Endozytose ein wichtiger zellulärer Pathomechanismus im Rahmen der hyperglykämieinduzierten Nierenschädigung ist. Die in vivo Ergebnisse legen jedoch nahe, das die Endozytose im Zusammenspiel aller Mechanismen an der hochkomplexen Schlitzmembran von untergeordneter Bedeutung für die Gesamtschädigung zu sein scheint. Dies könnte sich unter anderem durch die Systemwirksamkeit des beta-Arrestin-2 Knockouts erklären lassen, als auch durch die Schädigung aller Anteile des komplexen Nierenfilters durch die Hyperglykämie.Diabetic nephropathy is the leading course for end stage renal disease in western countries. Hyperglycemia as seen in patients with poorly treated diabetes mellitus causes damage at the glomerular filter. Microalbuminuria is an early symptom of a leaky filter and is associated with increased cardiovascular risk and progression of the kidney disease itself. So far there is no specific treatment for patients with diabetic nephropathy. Once the disease is end stage patients must have dialysis or a kidney transplantation. The increased number of patients with end stage renal disease is challenging for both clinical practice and economy. Due to that fact and the missing therapeutic target research on hyperglycemia induced effects on the glomerular filter are highly up to date. New entries into the field deal with acute effects on the glomerular slit diaphragm, which is very important for the structural integrity of the filter to prevent the loss of plasma proteins through the urine, especially its key protein nephrin, which is expressed on the surface of podocytes. Quack et al. reported a mechanism showing that hyperglycemia leads to a β-Arrestin-2 mediated nephrin endocytosis which impairs slit diaphragm integrity, the last barrier against protein loss, due to a lack of surface nephrin. Until now this was only shown in cell culture. The leading questions in this study was to look for potentially protective effects by inhibiting β-Arrestin-2 mediated effects and to examine the applicability of this model in vivo.
This present study showed that a siRNA mediated β-Arrestin-2 knockdown in HEK293T-cells cultured in hyperglycemic media reduced nephrin endocytosis. For in vivo studies knockout mice with a homocygote beta-Arrestin-2 knockout were compared to their wildtype. Acute hyperglycemia was induced by injecting streptozotocin as a model of type 1 diabetes mellitus. After 21 days of high blood sugar levels a nephrin endocytosis assay was performed using a new method to quantify slit diaphragm proteins in proteinuric kidney diseases. Because of the line specific differences concerning glucose tolerance and sensitivity for proteinuric diseases both FVB and C57BL/6 mice were used. Between the 21 days from inducing diabetes to organ removal blood sugar level, protein loss through urine as albumin-creatinin-ratio and weight were measured without showing a significant difference between knockout and wildtyp even though by trend the knockouts showed slightly less proteinuria. The performed nephrin endocytosis assay neither showed a significant difference in the amount of surface nephrin comparing wildtype and knockout mice. On trend the C57BL/6 knockout mice had more surface nephrin while the FVB knockouts showed less. Compensatory the beta-Arrestin-1 expression seems to be elevated on trend in FVB beta-Arrestin-2 Knockout mice while its reduced in the corresponding C57BL/6 mice. Furthermore we complemented the known glucose tolerance disorders in untreated C57BL/6 beta-Arrestin-2 knockout mice with findings of increased albuminuria compared to the wildtype. Neither of those effects were seen in FVB beta-Arrestin-2 knockout mice. The results from the cell culture experiments underlay the role of β–Arrestin-2 mediated nephrin endocytosis as an important pathomechanism in hyperglycemia induced renal damage. But the in vivo studies showed that it seems to play a minor role in interaction with all the hyperglycemia induced mechanisms of the highly complex renal architecture. That might be explained by systemic effects of the beta-Arrestin-2 knockout and simultaneous damage to all parts of the highly complex glomerular filter. | |||||||
| Lizenz: |  Urheberrechtsschutz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Medizinische Fakultät | |||||||
| Dokument erstellt am: | 09.04.2021 | |||||||
| Dateien geändert am: | 09.04.2021 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 04.02.2020 | |||||||
| Datum der Promotion: | 06.04.2021 |
