Der JGA besteht grundsätzlich aus den Glomerulumgefäßen, dem extraglomerulärem Mesangium und der Macula densa. NOS1 und NOS3 fanden wir in der Macula densa bzw. im Endothel ^27-29, COX-2 jedoch nur im Epithel der Macula densa und benachbarter aufsteigender Schleife; wir bestätigten z. T. hiermit bestehende Vorarbeiten ²². Für bedeutsam halten wir die Lokalisation der sGC in den glattmuskulären Elementen des JGA (Extraglomeruläres Mesangium und arterioläre Wandzellen) und die mPGES in der Macula densa, da diese Befunde Hypothesen stützen, die im Rahmen der tubulo-vaskulären Signaltransduktion aufgestellt worden sind ². Hierbei stand im Vordergrund, dass eine Hemmung des NKCC2-abhängigen Salztransports der aufsteigenden Schleife NOS1 und COX-2 stimuliert, und dass parallel sich Antworten in der gesteigerten Reninfreisetzung und in einer Dämpfung der konstriktiven TGF-Antwort der afferenten Arteriole messen ließen ². In vitro-Messungen ergaben einen Hinweis auf die permissive Rolle von cGMP bei der Reninfreisetzung ³⁰. Unsere Resultate bestätigen diesen Befund in situ, indem die cGMP-freisetzende sGC in den Zielzellen, den granulierten Zellen des JGA nachweisbar war. Der Nachweis von sGC in den benachbarten Gefäßwandzellen und dem extraglomeurlären Mesangium weist ferner auf die Rolle von cGMP beim TGF hin und bestätigt damit Befunde an isolierten Präparationen ^{25, 26}. Unsere Befunde liefern somit das zellbezogene Substrat zur Bestätigung funktioneller vorausgegangener physiologischer Experimente. Dass hiermit die funktionelle Bedeutung der lokalen NO Freisetzung erschöpfend geklärt wäre, kann aufgrund neuester Befunde allerdings nicht ohne Einschränkung behauptet werden ³¹. In ähnlicher Weise stützt unser Nachweis von mPGES in der Macula densa funktionelle Beobachtung der Rolle von Prostaglandin E₂ und -I₂ bei der Stimulation der Reninfreisetzung ^32-35. In einer vorausgegangenen Arbeit war hingegen das Fehlen dieses Enzyms auf mRNA-Ebene in Diskrepanz zu unseren Befunden ³⁶. Neuere Ergebnisse konnten unsere Arbeit zur Lokalisation der mPGES in der Macula densa bestätigen ³⁷. Unsere Befunde sind im Einklang mit der heraushebenden Rolle Macula densa-lokalisierter COX-2 bei verringertem Transport und bei Hemmung des RAS durch Angiotensin II-Rezeptorblocker ^{22, 23, 38} über das Effektorsystem von PGE₂ und deren spezifische Rezeptoren ¹⁹.Für die andere COX-Isoform, COX-1, welche wir ebenfalls innerhalb des JGA im EGM lokalisierten, konnte durch spezifische Hemmversuche keine Wirkung auf das RAAS nachwiesen werden ³⁵.

Hier konnten wir sGC in den intraglomerulären Mesangialzellen vorfinden. Diese verankern die glomerulären Kapillarschlingen an ihrem Befestigungsapparat und sind an der mechanischen Integrität des glomerulären Hilus beteiligt. Rezeptoren für konstriktiv wirkende Hormone konnten durch andere Gruppen an den Mesangialzellen nachgewiesen werden ³⁹. Von den konstitutiven NOS parakrin freigesetztes NO könnte zum Ort seines Rezeptors diffundieren und über die zelluläre cGMP Produktion in den Mesangialzellen antagonistisch wirken. Auch die lokale Prostaglandinsynthese ist im Glomerulum von Bedeutung ⁴⁰. Hier konnten wir die COX-1 gleichfalls im intraglomerulären Mesangium lokalisieren und damit Interpretationen von Soler at.al ⁴¹, welche PGH₂ als Prostaglandinvorstufe in Mesangialzellen vorfanden, unterstützen. Obwohl wir mittels RT-PCR COX-2 mRNA in Glomerulumextrakt amplifizierten, konnten wir COX-2 Immunreaktivität nicht verlässlich detektieren. Dies wurde von einer anderen Arbeitsgruppe auf Proteinebene immunchemisch bestätigt ^{42, 43}.

Für die Regulation der renalen Durchblutung sind die Widerstandsarteriolen des Kortex sowie die aus den Vasa efferentia der juxtamedullären Glomeruli entspringenden absteigenden Vasa recta relevant. Größere kortikale Widerstandsgefäße, mit Ausnahme der Glomerulumarteriolen, waren im Gegensatz zu den medullären absteigenden Vasa recta weniger stark für sGC-positiv. Die sGC-Immunreaktivität der Vasa recta lässt auf eine NO Abhängikeit in Zusammenhang mit der medullären Durchblutung schließen und ist somit das morphologische Korrelat zu den etablierten Effekten von NO auf die medulläre Durchblutung ^{12, 44}. Die Enzyme der Prostaglandinsynthese ließen sich in der Ratte und Maus unter Kontrollbedingungen nicht sicher nachweisen. Hier konnte lediglich im Endothel größerer Gefäße die COX-1 gefunden werden. Dies steht im Widersrpuch zur Expression der Enzyme der Prostaglandinsythese in der menschlichen Niere ⁴⁵. Beide COX Isoformen sind human im renalen Gefäßbett weit verbreitet und spielen in der Pathophysiologie des Bluthochdrucks eine entscheidende Rolle.

Kortikale interstitielle Fibroblasten sind perikapillär angeordnet und nehmen Aufgaben der mechanischen Festigung sowie der funktionellen Integration tubulärer und vaskulärer Parameter wahr. Es bestehen Hinweise auf ihre Funktion, indem sie die Produktionsorte für Adenosin als Mediator des TGF ¹ sowie für Erythropoetin ⁴⁶ und NADPH Oxidase ⁴⁷ in der Niere sind. Die sGC war in diesen kortikalen Zellen stark exprimiert. Dies kann den hohen cGMP Gehalt interstitieller Flüssikeit ⁴⁸ in der Niere erklären und Hinweise auf die Signalvermittlung geben. Mit einer Diffusionslänge von 220μm und einer Lebenszeit von 60 Sekunden könnte man sich vorstellen, dass interstitiell gebildetes cGMP basolateral vom proximalen Tubulus aufgenommen wird, wie gezeigt in ⁴⁸, und dort die Natriumresorption beeinflusst ⁴⁹. Dies könnte ein Teilaspekt der NO Wirkung auf den tubulären Transport sein. Im Gegensatz zur Ratte konnten wir in der Maus COX-1 und mPGES in den kortikalen interstitiellen Fibroblasten lokalisieren, während in beiden Spezies COX-1 und -2 und mPGES im Nierenmark in den medullären Fibroblasten vorkamen. Das Nierenmark wird oft auch als Prostaglandindrüse bezeichnet, welches die hohe Konzentration dieser widerspiegelt. Funktionell bieten sie ein Apoptoseschutz und verhindern eine Schädigung, wenn das Nierenmark osmotischen Veränderungen, wie zum Beispiel der Wasserrestriktion, ausgesetzt ist ⁵⁰.

Entgegen den früher publizierten PCR und immunhistochemischen Daten, welche sGC mRNA in den verschiedenen tubulären Epithelien und α₂ sGC Immunreaktivität im Sammelrohr detektierten ^51-53, gelang es uns nicht die sGC im Epithel zu markieren. Die Diskrepanz zwischen diesen Resultaten mag an einem Sensitivitäts- oder Spezifitätsproblem liegen. Wir konnten sGC mRNA und Protein in einer Reihe verschiedener Zelltypen nachweisen, so dass es tubulär zumindest in einer niedrigeren Konzentration vorkommen müsste.

Die Lokalisation der sGC und lokale cGMP Freisetzung steht mit funktionellen Daten über diesen Zelltyp im Einklang. Ito-Zellen wurden als leberspezifische Perizyten beschrieben, welche sich im Disse-Raum befinden und hier lange Ausläufer zwischen Sinusendothel und Parenchymzellen besitzen ⁶⁸. Sie sind mit den renalen kortikalen interstitiellen Zellen verwandt, indem sie Eigenschaften wie die Erythropoetinproduktion ⁶⁹ und die Expression der neutrophilen NADPH Oxidase und 5´Ektonukleotidase ⁴⁷ mit diesen teilen. Die Lokalisation der sGC in Ito-Zellen weist auf die Funktion des NO und CO in Hinblick auf die Einstellung des kontraktilen Tonus der Ito-Zellen hin. So kommt der sGC hier auch eine Bedeutung bei der Regulation der sinusoidalen Mikrozirkulation und damit auch des portalen Blutdrucks. In Übereinstimmung mit unseren Resultaten sind die Beobachtungen von Kawada et al, die cGMP Freisetzung aus Ito-Zellen nach NO-Gabe berichten⁷⁰.

Die räumliche Nähe der Expression von COX-2 und NOS1 im Bereich der MD und ihre bei einigen Versuchsbedingungen gleichsinnige Expressionsänderung führten im Verein mit funktionellen Studien zu der Interpretation, dass zwischen beiden Enzymen ein funktioneller Zusammenhang besteht. Die Einflussnahme von in der Macula densa gebildetem NO auf die COX-2 der Macula densa und ihrer Nachbarzellen ist dadurch gegeben, dass NO mit Häm-Proteinen interagieren kann ⁷¹ und COX-2 ein Enzym mit einer Häm-Domäne ist ⁷². In kultivierten Zellen verschiedener Herkunft konnte nachgewiesen werden, dass NO in der Lage ist die Prostaglandinproduktion zu stimulieren ^73-75. Dies wurde auch in cTAL Zellen gezeigt, in denen sich die Expression von COX-2 unter Zugabe von NO-Donor oder cGMP signifikant erhöhte bzw. sich durch Gabe eines selektiven NOS1 Inhibitors erniedrigen ließ ⁷⁶, während in anderen Modellen gegensätzliche Reaktionen beobachtet wurden ⁷⁷. Unsere Untersuchungen an verschieden stimulierten Rattenmodellen ergaben für die COX-2 der Macula densa und Nachbarzellen, die auch NOS1 exprimieren, gleiche Expressionsänderungen wie in entfernter liegenden, NOS1-negativen Zellen des TAL. Summarisch zeigte die Auswertung dieser Zellen ähnliche Änderungen für NOS1 und COX-2 wie in früher beschriebenen Studien ^{14, 20-23, 63}. Auch NOS1 defiziente Mäuse zeigten unter normalen und stimulierten Konditionen keinen Unterschied der Expressionsänderungen von COX-2 im Vergleich zu den entsprechenden Wildtyptieren. Wir schließen hieraus, dass intrazelluläres NO für die COX-2 Synthese nicht notwendig ist. Damit spiegeln unsere in vivo Daten nicht die in Zellkultur erhobenen Ergebnisse wider. Es ist denkbar, dass NO in denjenigen Zellen, die beide Enzyme exprimieren, die Expression von COX-2 dennoch bestimmt, dass jedoch in den lediglich COX-2 exprimierenden Zellen auch andere Signalwege wirksam sind. So ist ein generell gültiger Mechanismus der COX-2 Stimulation über eine Chlorid-bezogene Verringerung der Na-K-2Cl-Tranportleistung durch die Freisetzung von PGE2 gut belegt ⁷⁸.

haben wir mit der Lokalisation der sGC in der Niere vaskuläre und interstitielle Strukturen gekennzeichnet, die sich mit zuvor aufgestellten Konzepten NO-stimulierbarer Signalwege für Nierenkortex und Mark in Übereinstimmung bringen lassen und diese im Detail verdeutlichen. Dies gilt auch für die hepatischen Ito-Zellen. Die Analyse der Verteilung der Enzyme der Prostaglandinsynthese in der Niere konnte ebenso die funktionellen Interpretationen von ortsspezifischer PGE2 Wirkung auf die Regulation des Blutflusses und der Salz- und Wasserhomöostase präzisieren. Eine zuvor postulierte Abhängigkeit der COX-2 von lokaler NO-Freisetzung durch ko-exprimierte NOS1 ließ sich nicht erhärten.