Der an der Universität Regensburg angesiedelte Sonderforschungsbereich 699 „Strukturelle, physiologische und molekulare Determinanten der Nierenfunktion“ blickt mit Ablauf dieses Jahres auf seine erste, vierjährige Förderperiode zurück. In den 15 Teilprojekten wurden bislang Themen zur Differenzierung der Podozyten, zur Tubulusfunktion  und zum renalen Reninsystem bearbeitet. Aus Platzgründen sollen hier nur die wesentlichen Ergebnisse einzelner Teilprojekte exemplarisch dargestellt werden.


Das Projekt A 1 beschäftigt sich mit dem Transkriptionsfaktor LMX1B, dessen Mutationen zum „Nail-Patella-Syndrom“ führen und welcher eine wichtige Rolle für die Differenzierung der Podozyten spielt. Auf der Suche nach Zielgenen zeigte sich, dass LMX1B die Transkription von NF-κB-Zielgenen und Interferon-stimulierbaren Genen aktiviert, wobei die Aktivierung der zweiten Klasse von Genen allerdings erst sekundär über Interferon-γ erfolgt, dessen Gen bekanntermaßen durch NF-κB aktiviert wird (Suleiman A,  Dev Biol 304:701-712, 2007; Rascle A,  Exp Cell Res 315: 76-96, 2009).  Auf welche Weise LMX1B und NF-κB miteinander kooperieren, ist zur Zeit noch unbekannt und wird derzeit weiter untersucht.
Das Projekt A3 betrachtet die Funktion von Kaliumkanälen in definierten Tubulussegmenten. In Zusammenarbeit mit R. Kleta und D. Böckenhauer in London wurden Mutationen im KCNJ10-Kaliumkanal als Ursache für das EAST-Syndrom identifiziert, welches neben neurologischen Symp­tomen durch eine Gitelman-artige Tubulopathie gekennzeichnet ist (Bo­ckenhauer B,  N Engl J Med 360:1960-1970, 2009). Diese Befunde dienen nun als Grundlage für weiterführende Versuche zur Rolle von Kalium-Kanälen bei genetisch bedingten Tubulustransportstörungen.

In Zusammenarbeit der Projekte A8 und A9 wurde mit Hilfe von homo- und heteronuklearer NMR-Spektroskopie eine detaillierte strukturelle Charakterisierung eines Fragments des cytosolischen C-Terminus des Kat­ionenkanals Polyzystin-2 (Aminosäuren 680-796) durchgeführt. Mittels NMR-Diffusionsmessungen konnte gezeigt werden, dass dieses Segment zwei Calciumbindungsstellen enthält, welche von großer Bedeutung für die Interaktion von Polyzystin 2 mit anderen Proteinen (z. B. Polyzystin 1) sein könnten. Entsprechend könnten Mutationen in diesem Bereich, die für die normale Funktion essentielle Protein-Protein- Wechselwirkung aufheben (Schumann FH, Biomol NMR Assign 3:141-144, 2009; Schumann FH, J Biol Chem 2009, pub ahead of print). Die NMR-Analyse des Polyzystin-2 Proteins wird derzeit fortgeführt.

Projekt A10 beschäftigt sich mit der Frage nach dem Ursprung der Bindegewebszellen, welche zur Nierenfibrose führen. Das Projekt konzentriert sich dabei speziell auf Fibrozyten als einer Subpopulation der renalen Bindegewebszellen. Dabei gelang es zumindest bislang für die Maus aufzuklären, dass Fibrozyten von Monozyten abstammen und Faktoren zu identifizieren, insbesondere von CD4+- T-Zellen, die ganz wesentlich die Entstehung von Fibrozyten regulieren (z. B. IL-2, IL-4, TNF und IFN-gamma). Es konnte sowohl in vitro als auch in vivo gezeigt werden, dass basophile Granulozyten einen wesentlichen Einfluss auf den Phänotyp von CD4+- T-Zellen ausüben und auf diese Weise die Entstehung einer Fibrose begüns­tigen könnten (Niedermeier W, Proc Natl Acad Sci USA, 2009 in press). In weiterführenden Untersuchungen soll die Regulation der Transformation von Monozyten zu Fibrozyten  in verschiedenen Krankheitsmodellen genauer analysiert werden.

Im Rahmen der im Projekt B1 durchgeführten Analyse des Reningenpromotors wurde eine Palindromische Sequenz (Pal3-Stelle) identifiziert, welche den Transkriptionsfaktor PPAR-gamma bindet und welche im Renin-Gen des Menschen, nicht aber im Renin-Gen der Maus wichtig ist sowohl für die basale Transkription des Renin-Gens wie auch alleine ausreicht für die maximale PPAR-gamma-induzierte Stimulation der Renin-Gentranskription. Damit ergibt sich für den Menschen eine ganz neue interessante Verbindung zwischen der Renin-Expression und metabolischen Dysregulationen, bei denen PPARgamma bekanntermaßen eine wichtige Rolle spielt. Diesem neuen Aspekt wird im Projekt nun konzentriert nachgegangen (Todorov VT, Hypertension 50:939-944, 2007; Todorov VT,  Endocrinology 149:4647-4657, 2008).
Projekt B2 analysiert die Ontogenese der Renin-Expression in der Niere. Durch die Etablierung einer neuartigen 3D-Darstellung (siehe Abbildung) konnte die räumlich-zeitlich dynamische Expression von Renin während der Entwicklung der Mausniere sichtbar gemacht und so nachvollzogen werden (Sauter A, Kidney Int 73:43-51, 2008). Dabei trat deutlich die entwicklungsabhängige Verlagerung der Renin-Expression von der Wand der großen intrarenalen arteriellen Gefäße hin zum juxtaglomerulären Abschnitt der afferenten Arteriolen zu Tage. Auf der Suche nach den Mechanismen des koordinierten An- und Abschaltens der Reninexpression während der Nierenentwicklung zeigte sich eine zentrale Rolle des cAMP-Signalweges, der für das Anschalten der Renin-Expression elementar zu sein scheint (Neubauer B,  Am J Physiol Renal Physiol 296:F1006-1012, 2009). Derzeit werden die Schlüsselmediatoren gesucht, welche über den cAMP-Signalweg die Renin-Genexpression anschalten.

In Projekt B4 wurden die Auswirkungen von experimentell induzierter globaler Entzündung (LPS-Modell) auf die Expression renaler Angiotensin- II-Rezeptoren untersucht. Es ergab sich dabei eine zytokinvermittelte Hemmung der Angiotensin II-AT1 Rezeptor-Genexpression in allen Nierenstrukturen.  Parallel dazu zeigte sich in diesen Experimenten eine allgemeine zytokinvermittelte Expressionshemmung tubulärer Transportsys­teme, die für die transepitheliale tubuläre Natrium-, Chlorid-, Harnstoff- und Glukosereabsorption (ROMK, ENaC, NHE3, NKCC2, Na+/K+-ATPase, TSC, ClC-K1, ClC-K2, UT-A1, UT-A2, UT-A3, UT-A4, UT-B, SGLT2, SGLT3, GLUT2) verantwortlich sind. Diese Expressionshemmungen gehen einher mit den zu erwartenden funktionellen Konsequenzen wie z. B. erhöhte fraktionelle Natrium-, Chorid- und Glukoseexkretion, verminderte tubuläre Harnstoffreabsorption mit verminderter
intramedullärer Harnstoffkonzentration und Osmolalität sowie verminderter Harnkonzentrierung. Somit ist die funktionelle Bedeutung einer verminderten tubulären AT1-Rezeptor-Expression für die Tubulusfunktion vor dem Hintergrund einer veränderten Expression der tubulären Transportsysteme zu sehen. Dabei zeigten sich für diese Transportsysteme den AT1-Rezeptoren ähnliche Regulationsmechanismen durch proinflammatorische Zytokine, was möglicherweise auf gemeinsame Signalwege während schwerer experimenteller Entzündung schließen lässt (Schmidt C, Am J Physiol 292:F804-F811, 2006; Schmidt C, J Am Soc Nephrol 18:1072-1083, 2007; Schmidt C,  Am J Physiol F1479-1489, 200;  Höcherl K, Kidney Int 75:373-80, 2009).

Für die mittlerweile beantragte erste Verlängerungsperiode setzt sich der SFB 699 das Ziel, neben der Fortsetzung bewährter Projekte noch weiter verstärkt auch pathophysiologische Aspekte der Nierenstruktur und -funktion zu betrachten.

Prof. Dr. Armin Kurtz
Institut für Physiologie
Universität Regensburg
armin.kurtz@vkl.uni-regensburg.de