Schmitt, Roland: Die Expression von Natrium-Transportproteinen im distalen Rattennephron während der Ontogenese

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Kapitel 6. Zusammenfassung

Das distale Nephron und das Sammelrohrsystem spielen als Regelstrecke für die Reabsorption von glomerulär filtriertem Natrium eine herausragende Rolle in der Elektrolyt- und Volumenhomöostase des Säugerorganismus. In jüngerer Zeit ist es gelungen einige Proteine, die entscheidend in den tubulären Na+-Transport involviert sind, zu klonieren, zu charakterisieren und ihre tubuläre Expression zu lokalisieren. Dies hat dazu beigetragen, die funktionelle Segmentation des renalen Tubulus besser zu verstehen und den Pathomechanismus verschiedener klinischer Syndrome zu erklären. In der vorliegenden Arbeit wurde die Expression mehrerer dieser Na+-Transportproteine mittels hochauflösender In situ-Hybridisierung und Immunhistochemie in der sich entwickelnden Rattenniere untersucht. Parallel dazu wurde vergleichend die feinmorphologische Entwicklung des distalen Nephrons auf licht- und elektronenmikroskopischer Ebene analysiert, um Hinweise auf die Beziehung zwischen Funktion und Struktur während der Nephrogenese zu gewinnen. Bei den untersuchten Geweben handelte es sich um Nieren von Rattenjungen, die im Alter von 1, 3, 4 und 8 Tagen perfusionsfixiert wurden, so daß ein repräsentativer Querschnitt der verschiedenen Stadien der Nephrogenese (Stadien I-V, Definition nach Kazimierczak 1970) untersucht werden konnte.

Die initiale Expression des Bumetanid-sensitiven Na+-K+-2Cl--Kotransporters (NKCC2) wurde in Zellen der Macula densa (MD)-Region in Nephronen des Stadiums III lokalisiert. Die Expression von NKCC2 war von einer vorgezogenen ultrastrukturellen Reife der MD-Zellen begleitet, was für eine frühe regulatorische Aufgabe der MD sprechen könnte. Später dehnte sich die NKCC2-Expression in den aufsteigenden Teil der Henle´schen Schleife aus, bis das Epithel der gesamten Henle´sche Schleife einschließlich ihrer Haarnadelbiegung NKCC2 exprimierte. Der dünne Teil der langen, aufsteigenden Henle´schen Schleifen ohne NKCC2-Expression differenzierte sich erst später während der endgültigen Ausreifung in Stadium V. Die Expression von NKCC2 endete konstant einige Zellen distal der MD. Die initiale Expression des Na+-Phosphat Kotransporters Typ 2 (NaPi2) war im proximalen Konvolut von Nephronen im fortgeschrittenen Stadium III zu beobachten. Bei vergleichender Untersuchung von NaPi2 und NKCC2 fiel auf, daß das Epithel des absteigenden Schenkels der Henle´schen Schleife noch lange Zeit nicht NaPi2 exprimierte, während die NKCC2-


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Expression im aufsteigenden Schenkel schon sehr ausgedehnt war, was auf eine verzögerte Reifung des absteigenden Schenkels hinweist. Der Thiazid-sensitive Na+-Cl--Kotransporter (NCC) wurde zuerst im Epithel des distalen Anteils des distalen Konvoluts (DCT) von Nephronen im frühen Stadium IV exprimiert. Später dehnte sich die NCC-Expression bis zum Übergang in die Henle´sche Schleife nach proximal aus, wo eine vorübergehende Überschneidung mit der NKCC2-Expression im post-Macula Segment vorlag. Die Immunreaktivität für NCC ergab in allen Stadien einen gerichteten Einbau des Proteins in die luminale Zellmembran. Der basolaterale Na+/Ca++-Austauscher (NaCa) der im Rattennephron typischerweise im Verbindungsstück (CNT) exprimiert wird, war zuerst im CNT-Epithel von Nephronen im frühen Stadium IV nachzuweisen. In den distalen Anteil des CNT dehnte sich die Immunreaktivität für NaCa erst im Laufe der weiteren Entwicklung aus. Auch die endgültige proximale Ausdehnung von NaCa, welche die klare Unterteilung des DCT in einen proximalen Anteil, DCT1, der NCC alleine exprimiert, und einen distalen Anteil, DCT2, in dem NCC mit NaCa koexprimiert ist, ermöglicht, war erst im weit fortgeschrittenen Stadium IV abgeschlossen. Der epitheliale Na+-Kanal der Ratte (rENaC), der einen elektrogenen Na+-Transport in Abhängigkeit von Mineralokortikoid vermittelt, setzt sich aus drei Untereinheiten zusammen. Diese wurden zuerst in CNT, die zu Nephronen in Stadium III gehörten, detektiert. Begleitet war die Expression von dem Auftreten des Enzyms 11beta-Hydroxysteroiddehydrogenase Typ 2 (11HSD), welches den ansonsten unspezifischen Mineralokortikoidrezeptor spezifisch macht. Die Expression beider Proteine ging der von NaCa im distalen CNT voraus. In Stadium IV überlagerte sich die Expression für 11HSD und für rENaC entlang des distalen Tubulus über ein längeres Segment mit dem Signal für NCC. Später war der Startpunkt der rENaC-Expression in exakter Kolokalisation mit dem Expressionsbeginn für NaCa am Übergang vom DCT1 in den DCT2 nachzuweisen. Entlang des Sammelrohres (CD) wurde ein wechselndes Expressionsmuster für rENaC und 11HSD beobachtet. Während beide Proteine zunächst stark im medullären Anteil des CD exprimiert waren, war im äußeren kortikalen Anteil des CD rENaC vorerst ohne 11HSD exprimiert, was eine funktionelle Bedeutung im Sinne des Aufrechterhaltens einer positiven Na+-Bilanz haben könnte. Später ließ die Expression beider Proteine im medullären CD nach und 11HSD wurde auch im äußeren kortikalen CD exprimiert. Grundsätzlich war11HSD in Epithelzellen exprimiert, für die eine Mineralokortikoidabhängigkeit bekannt ist, was darauf hinweist, daß die Rolle von 11HSD auch während der Entwicklung die Vermittlung der Spezifität des Mineralokortikoidrezeptors zu sein scheint.

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Anhand der gewonnenen Ergebnisse ist es gelungen, ein detailliertes Expressionsmuster für die entscheidenden Na+-Transport-assoziierten Proteine des distalen Nephrons und des Sammelrohrsystems während der Ontogenese zu erarbeiten. Die Ergebnisse deuten darauf hin, daß die strukturelle Entwicklung des Nephrons der Expression dieser Proteine bis zu einem gewissen Grad vorausgeht. Alle untersuchten Proteine waren erst nach den Stadien des renalen Vesikels und S-förmigen Körperchens zu detektieren. Andererseits traten sie teilweise deutlich vor Beginn der glomerulären Filtration auf, also bevor ihre reabsorptive Fähigkeit im Hinblick auf die Harnbereitung notwedig wurde. Hieraus ergibt sich die Möglichkeit einer speziellen Funktion dieser Proteine während der Nephrondifferenzierung. Die histotopographische Darstellung der Befunde beschreibt die normale Entwicklung der Nephronreifung und bildet damit auch eine wichtige Grundlage für die Erforschung funktioneller und morphologischer Abweichungen in der renalen Differenzierung.


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Mon Feb 19 17:53:03 2001