Aus dem Institut für Anatomie
der Medizinischen Fakultät der Charité – Humboldt-Universität zu Berlin

DISSERTATION

Parakrine Signalwege der Niere – zelluläre Verteilung und Interaktion von NO- und Prostaglandinsynthese

Zur Erlangung des akademischen Grades
Doctor medicinae (Dr. med.)

vorgelegt der Medizinischen Fakultät der Charité – Humboldt-Universität zu Berlin

von


Franziska Theilig


aus Bad Langensalza


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Dekane: Prof. Dr. Joachim W. Dudenhausen
Prof. Dr. med. Martin Paul

Gutachter:
1. Prof. Dr. Bachmann
2. Prof. Dr. Gröne
3. Prof. Dr. Galle

Datum der Promotion: 20. 06. 2005


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Abstract

Zu den vielfältigen Aufgaben der Niere gehören die tubuläre Rückresorption körperwichtiger Substanzen sowie die Regulation des renalen und systemischen Blutdrucks. Brennpunkte der vorliegenden Arbeit waren die Kontrollparameter der tubulo-glomerulären Regulation sowie Aspekte des epithelialen Transports im distalen Nephron und Sammelrohr. Das L-Arginin-Stickstoffmonoxyd (NO)-System und die Komponenten renaler Prostaglandinsynthese nehmen hier eine wichtige Stellung ein. Die Schlüssel-Syntheseenzyme NO-Synthase 1 (NOS1) und Zyklooxygenase (COX) Typ 2 sind in der Macula densa lokalisiert. Sie sind im Zusammenhang mit der Filtratbildung reguliert. Weitere Komponenten ihrer Reaktionskaskaden sind jedoch in ihrer zellspezifischen Rolle noch unklar. Wir haben diese daher näher untersucht.

Mit histochemischen und biochemischen Methoden (immunhistochemische Färbungen, RT-PCR, In situ Hybridisierung, Western blot und spezifischen cGMP Nachweisen in Gewebe- und Zellextrakten) wurden NO-Rezeptor (lösliche Guanylatzyklase; sGC), COX-1, COX-2 und die membrangebundene Prostaglandin E2-Synthase (mPGES) nachgewiesen. Außerdem wurde die Interaktion von NOS1 und COX-2 im 2 Nieren-1 Clip (Goldblatt)-Modell bei der Ratte sowie bei NOS1-defizienten Mäusen untersucht.

Die sGC wurde in den glomerulären Arteriolen, den Renin-produzierenden Zellen, dem Mesangium, den Vasa recta, den interstitiellen Fibroblasten und den Ito-Zellen der Leber detektiert. COX-2 wurde zusammen mit mPGES in der kortikalen aufsteigenden Schleife und der Macula densa gefunden. COX-1 wurde zusammen mit mPGES im terminalen distalen Konvolut, im Verbindungstubulus und im Sammelrohr detektiert. Die medullären interstitiellen Zellen exprimierten gleichzeitig COX-1, COX-2 und mPGES. Im Goldblatt-Modell bestand unilateral (stenotische Seite) eine Stimulation der juxtaglomerulären NOS1 sowie der COX-2 Expression. Entgegen früheren Annahmen konnten wir jedoch keine Hinweise für eine zell-bezogene Interaktion zwischen beiden Produkten finden. Dieses wurde durch die Verwendung der NOS1-defizienten Maus bestätigt, die im Experiment keine Veränderung der COX-2 Expression zeigte.

Die spezifische Lokalisation von NO-Rezeptor und Komponenten der Prostaglandinsynthese unterstreicht ihre Bedeutung für die Regulation von Blutdruck, Salz- und Wasserhomöostase. Die juxtaglomeruläre Synthese von NO und Prostaglandinen folgt ähnlichen Stimuli, ist jedoch voneinander unabhängig.


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Abstract

Priciple functions of the kidneys are tubular reabsorption of important solutes and regulation of renal and systemic blood pressure. This work has been focused on parameters to control the tubulo-glomerular feedback and epithelial transport in the distal tubule and collecting duct system. The L-arginine-nitric oxide (NO)-system and components of the renal prostaglandin synthesis are thought to play major roles therein. Key-enzymes are NO-Synthase 1 (NOS1) and cyclooxygenase-2 (COX-2), both are localized in the macula densa and are regulated in dependence of the filtrate formation. The cell-specific role of further components in the signalling cascades remains unclear.

For investigation we used histochemical and biochemical methods (immunohistochemistry, RT-PCR, in situ hybridisation, western blotting and specific cGMP measurements in tissue and cell extracts to localize the NO-receptor (soluble guanylyl cyclase, sGC), COX-1, COX-2 and the membranous prostaglandin E2-synthase (mPGES). Moreover we analyzed the interaction of NOS1 and COX-2 in the 2 kidney-1 clip (Goldblatt)-model of the rat and in NOS1 deficient mice.

The sGC could be detected in glomerular arterioles, renin-producing cells, mesangium, vasa recta, interstitial fibroblasts and Ito-cells of the liver. COX-2 was co-localized with mPGES in the cortical thick ascending limb and macula densa. COX-1 was co-localized with mPGES in the terminal distal convolutions, connecting tubule and collecting duct. The medullary interstitial cells were positive stained for COX-1, COX-2 and mPGES. In the Goldblatt-model we found an increased expression of juxtaglomerular NOS1 and COX-2 in the stenotic kidney. Against former hypothesises we were unable to find evidences for a cell-specific interaction between both products. This was supported by the evaluation of NOS1 deficient mice which revealed no difference of COX-2 expression under control and variable conditions.

The specific localization of NO-receptor and components of the prostaglandin synthesis emphasizes their relevance for the regulation of blood pressure and salt- and water homeostasis. The juxtaglomerular synthesis of NO and prostaglandins are similarly regulated while COX-2 is NO-independently expressed.

Inhaltsverzeichnis



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18.07.2005