Dokument: Rolle der Nrf2-Aktivierung bei Aldosteron-induzierter Nierenschädigung

Titel:	Rolle der Nrf2-Aktivierung bei Aldosteron-induzierter Nierenschädigung
Weiterer Titel:	Role of Nrf2 activation in aldosterone-induced kidney damage
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=63071
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20230719-091209-0
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Brinks, Ronja [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 17,85 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 10.07.2023 / geändert 10.07.2023
Beitragende:	PD Dr. Schupp, Nicole [Gutachter] Prof. Dr. Läer, Stephanie [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften » 610 Medizin und Gesundheit
Beschreibungen:	Das Renin-Angiotensin-Aldosteron-System (RAAS) reguliert den Blutdruck, sowie den Wasser- und Elektrolythaushalt. Erhöhte Aldosteron (Ald)-Konzentrationen können aber nicht nur zur Bildung von Hypertonie, sondern auch zu einer Entwicklung und Progression von chronischer Niereninsuffizienz (CKD) beitragen. So führen gesteigerte Ald-Konzentrationen in Nierenzellen zu einer erhöhten Produktion von reaktiven Sauerstoffspezies und DNA-Schäden. Um sich vor den Ald-induzierten Schäden zu schützen, können Nierenzellen den Transkriptionsfaktor Nuclear factor-erythoid-2-related factor 2 (Nrf2) aktivieren, einen der Masterregulatoren der endogenen antioxidativen Abwehr. Zielsetzung im ersten Teil dieser Arbeit war es zu untersuchen, ob erhöhte Ald-Konzentrationen in der Wildtyp-Maus zu einer moderaten Nierenschädigung und Aktivierung von Nrf2 führen. Weiterhin sollten die induzierten Schäden und die Nrf2-Aktivierung im Tubulussystem der Niere lokalisiert werden. Für den Versuch zur Dosisfindung und Lokalisation der Ald-induzierten Nierenschäden und Nrf2-Aktivierung, wurden zunächst männlichen C57BL/6-Mäusen osmotische Minipumpen implantiert, welche 75, 125 oder 250 µg/kg x Tag Ald über einen Behandlungszeitraum von 28 Tagen abgaben. Die Ald-Infusion führte in keiner der getesteten Konzentrationen zu einem stabilen Anstieg des Blutdrucks. Jedoch führte Ald in den Nieren der Mäuse zu histopathologischen Veränderungen im Tubulussystem und in den Glomeruli. Dies spiegelte sich auch in einer verschlechterten Nierenfunktion wider. Weiterhin verursachten die erhöhten Ald-Spiegel systemischen oxidativen Stress und lokale oxidative Schäden in der Niere. Eine Phosphorylierung und Translokation des Transkriptionsfaktors Nrf2 in den Zellkern und somit eine Aktivierung, konnte in den Ald-behandelten Mäusen nachgewiesen werden. Eine Lokalisation der Ald-induzierten Schäden, in Form von DNA-Läsionen, in den verschiedenen Nierenzellen, zeigte einen Anstieg in den proximalen Tubuli und in einem noch größeren Ausmaß in den distalen Tubuli. Die Phosphorylierung von Nrf2 war in den distalen Tubuluszellen erhöht, dort wo auch die höchste Menge an DNA-Schäden gezeigt werden konnte. Überraschenderweise konnte für die Nrf2-Zielgene und -proteine eher eine Inhibierung ihrer Expression nach Ald-Infusion nachgewiesen werden. Weitere Untersuchungen der an der Regulation von Nrf2 beteiligten Proteine Musculoaponeurotic fibrosarcoma K und BTB and CNC homology 1 (Bach1) zeigten keine signifikanten Unterschiede. Allerdings könnte die nachgewiesene erhöhte Expression von Glykogensynthase-Kinase 3β (GSK3β), einer Kinase deren Phosphorylierung von Nrf2 zu einer Degradation führt, nach einer Ald-Infusion ein Hinweis für die Inhibierung der Nrf2-Zielgene geben. Im weiterführenden Teil der Dissertation wurden wildtypische Mäuse mit Sulforaphan (Sulf), einem in der Literatur beschriebenen Nrf2-Aktivator, behandelt und ein transgener Mausstamm verwendet, der hypomorph für den Nrf2-Repressor Kelch-ähnliches ECH-assoziiertes Protein 1 (Keap1) war. Ziel des zweiten Versuches war es zu untersuchen, ob die zusätzliche Stimulation von Nrf2 zu einer Protektion vor den Ald-induzierten Schäden führt. Hierfür wurden wildtypische männliche C57BL/6-Mäuse und transgene Nrf2ꜛ-Mäuse (B6.Cg-Keap1tm2Mym(Alb-cre)21Mgn/J) mit osmotischen Minipumpen ausgestattet, die 125 µg/kg x Tag Ald über einen Behandlungszeitraum von 28 Tagen abgaben. Zusätzlich wurden wildtypische Mäuse mit Sulf im Trinkwasser behandelt. In den Nrf2ꜛ-Mäusen, auch in den mit Ald behandelten, konnte in den Nieren, wie erwartet, eine geringere Keap1-Expression nachgewiesen werden, welche zu einer Aktivierung von Nrf2 und erhöhten Expression der Nrf2-Zielgene führte. Die Sulf-Behandlung hatte hingegen weder Einfluss auf die Nrf2-Aktivität noch auf die Expression der Nrf2-Zielgene. Die Ald-Infusion in den wildtypischen Mäusen führte zwar wieder zu einer Aktivierung von Nrf2, jedoch größtenteils zur Inhibition der Zielgene. Die Ald-Infusion löste in den Nrf2ꜛ-Mäusen zu keinem Messzeitpunkt Bluthochdruck aus, was möglicherweise an der ausbleibenden Expression des Volumen-erhöhenden epithelialen Natriumkanals lag. Während die Ald-infundierten Wildtyp-Mäuse zumindest zeitweise erhöhte Blutdruckwerte zeigten, war dies bei den zusätzlich mit Sulf-behandelten Tieren nicht der Fall. Die konstitutive Nrf2-Aktivierung in den Nrf2ꜛ-Mäusen schützte vor Ald-induzierten tubulären, jedoch nicht vor glomerulären Schäden. Weiterhin waren in den Nrf2ꜛ-Mäusen bereits basal Veränderungen in den Nieren anhand des Auftretens von Hydronephrose, histopathologischen Veränderungen der Glomeruli und einer niedrigeren Filtrationsrate nachweisbar. Die Sulf-Behandlung konnte nicht vor den Ald-verursachten Nierenschäden schützen. Weiterhin konnte weder die konstitutive Nrf2-Aktivierung in den Nrf2ꜛ-Mäusen noch die Gabe von Sulf vor dem Ald-induzierten systemischen oxidativen Stress und den lokalen oxidativen Schäden in der Niere schützen. Während die NADPH-Oxidase 2 als mögliche Quelle für den oxidativen Stress in den Wildtyp-Mäusen identifiziert werden konnte, konnte dies für die Nrf2ꜛ-Mäuse nicht gezeigt werden. Zusammenfassend konnte eine zusätzliche Stimulation von Nrf2 nicht vor Ald-induzierten oxidativen Schäden schützen. Vielmehr zeigen die bereits basalen Veränderungen in den Nrf2ꜛ-Mäusen, dass eine dauerhafte Nrf2-Aktivierung die Filtrationsbarriere der Niere schädigt. Diese Arbeit demonstriert, dass eine Nrf2-Stimulation sowohl protektive als auch schädigende Effekte mit sich bringt und dies bei einer Verwendung von Nrf2-Aktivatoren in renalen Krankheitsmodellen wie CKD in beachtet werden sollte. The renin-angiotensin-aldosterone system (RAAS) regulates blood pressure, as well as water and electrolyte balance. However, elevated aldosterone (Ald) concentrations contribute not only to the development of hypertension, but also to the development and progression of chronic kidney disease (CKD). Thus, increased Ald concentrations in kidney cells lead to increased production of reactive oxygen species and DNA damage. To protect themselves from Ald-induced damage, renal cells can activate the transcription factor nuclear factor-erythoid-2-related factor 2 (Nrf2), one of the master regulators of endogenous antioxidant defense. The objective in the first part of this thesis was to investigate whether increased Ald concentrations in the wild-type mouse led to moderate renal damage and activation of Nrf2. Furthermore, to localize the induced damage and Nrf2 activation in the renal tubule system. For the dose finding, localization of Ald-induced renal damage and Nrf2 activation, male C57BL/6 mice were implanted with osmotic minipumps delivering 75, 125, or 250 µg/kg x day Ald over a treatment period of 28 days. Ald infusion did not result in a stable increase in blood pressure at any of the concentrations tested. However, Ald-induced histopathological changes in the tubular system and glomeruli in the kidneys of the mice. This was also reflected in deteriorated renal function. Furthermore, increased Ald levels led to systemic oxidative stress and local oxidative damage in the kidney. Phosphorylation, translocation and thus activation of the transcription factor Nrf2 into the nucleus could be detected in the Ald-treated mice. Localization of Ald-induced damage, in the form of DNA lesions, in the different kidney cells showed an increase in the proximal tubule and to an even greater extent in the distal tubule. Phosphorylation of Nrf2 was increased in the distal tubule cells, where the highest amount of DNA damage was also shown. Surprisingly, Nrf2 target genes and proteins were more likely to show inhibition of their expression after Ald infusion. Further investigation of the proteins involved in the regulation of Nrf2, Musculoaponeurotic fibrosarcoma K und BTB and CNC homology 1 (Bach1), showed no significant differences. However, the detected increased expression of Glycogen synthase kinase 3β (GSK3β), a kinase whose phosphorylation leads to degradation of Nrf2, after Ald infusion, may provide evidence for inhibition of Nrf2 target genes. In the continuing part of the dissertation, wild-type mice were treated with sulforaphane (Sulf), an Nrf2 activator described in the literature, and a transgenic mouse strain hypomorphic for the Nrf2 repressor Kelch-like ECH-associated protein 1 (Keap1) was used. The aim of the second experiment was to investigate whether additional stimulation of Nrf2 leads to protection against Ald-induced damage. For this purpose, wild-type male C57BL/6 mice and Nrf2ꜛ transgenic mice (B6.Cg-Keap1tm2Mym(Alb-cre)21Mgn/J) were equipped with osmotic minipumps that delivered 125 µg/kg x day Ald over a treatment period of 28 days. Additionally, wild-type mice were treated with Sulf in drinking water. In the Nrf2ꜛ mice, including those treated with Ald, lower Keap1 expression was detected in the kidneys, as expected, leading to Nrf2 activation and increased expression of Nrf2 target genes. In contrast, Sulf treatment did not affect Nrf2 activity or expression of Nrf2 target genes. Ald treatment in the wild-type mice again led to activation of Nrf2 but largely to inhibition of the target genes. Ald infusion did not elicit hypertension in the Nrf2ꜛ mice at any measurement time point, possibly because of the absence of expression of the volume-enhancing epithelial sodium channel. Whereas the Ald-infused wild-type mice showed elevated blood pressure levels at least intermittently, this was not the case in the additional Sulf-treated animals. Constitutive Nrf2 activation in the Nrf2ꜛ mice protected against Ald-induced tubular but not glomerular damage. Furthermore, changes in the kidneys were already detectable basally in the Nrf2ꜛ mice based on the appearance of hydronephrosis, histopathological changes in the glomeruli and a lower filtration rate. Sulf treatment failed to protect against Ald-induced renal damage. Furthermore, neither constitutive Nrf2 activation in the Nrf2ꜛ mice nor Sulf administration could protect against Ald-induced systemic oxidative stress and local oxidative damage in the kidney. While NADPH oxidase 2 was identified as a possible source of oxidative stress in the wild-type mice, this could not be shown for the Nrf2ꜛ mice. In conclusion, additional stimulation of Nrf2 failed to protect against Ald-induced oxidative damage. Rather, the already basal changes in the Nrf2ꜛ mice demonstrate that sustained Nrf2 activation damages the renal filtration barrier. This work shows that Nrf2 stimulation involves both protective and damaging effects and that this should be considered when Nrf2 activators are used in renal disease models such as CKD.
Lizenz:	Dieses Werk ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung 4.0 International Lizenz
Fachbereich / Einrichtung:	Medizinische Fakultät » Institute » Institut für Toxikologie Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Pharmazie
Dokument erstellt am:	19.07.2023
Dateien geändert am:	19.07.2023
Promotionsantrag am:	17.01.2023
Datum der Promotion:	23.05.2023