| License: Publishing license for publications excluding print on demand (36MB) |
- URN to cite this document:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-304096
- DOI to cite this document:
- 10.5283/epub.30409
| Item type: | Thesis of the University of Regensburg (PhD) |
|---|---|
| Open Access Type: | Primary Publication |
| Date: | 24 June 2015 |
| Referee: | Prof. Dr. Wolf Hayo Castrop |
| Date of exam: | 25 June 2014 |
| Institutions: | Biology, Preclinical Medicine > Institut für Physiologie > Prof. Dr. Wolf Hayo Castrop |
| Keywords: | Angiotensin II, Albumin, glomeruläre Filtrationsbarriere |
| Dewey Decimal Classification: | 500 Science > 570 Life sciences |
| Status: | Published |
| Refereed: | Yes, this version has been refereed |
| Created at the University of Regensburg: | Yes |
| Item ID: | 30409 |
Abstract (German)
Die Integrität der glomerulären Filtrationsbarriere ist eine essentielle Voraussetzung für eine normale Nierenfunktion. Läsionen der Filtrationsbarriere unterschiedlicher Genese werden primär durch eine vermehrte Filtration von Plasmaproteinen wie Albumin augenscheinlich. Dabei scheint die Proteinurie nicht nur ein Ausdruck einer Schädigung der glomerulären Filtrationsbarriere per se zu sein, ...
Abstract (German)
Die Integrität der glomerulären Filtrationsbarriere ist eine essentielle Voraussetzung für eine normale Nierenfunktion. Läsionen der Filtrationsbarriere unterschiedlicher Genese werden primär durch eine vermehrte Filtration von Plasmaproteinen wie Albumin augenscheinlich. Dabei scheint die Proteinurie nicht nur ein Ausdruck einer Schädigung der glomerulären Filtrationsbarriere per se zu sein, sondern auch die Progression einer Verschlechterung der Nierenfunktion zu beschleunigen. Ein gängiger therapeutischer Ansatz, um eine Proteinurie unterschiedlicher Genese zu reduzieren oder ihre Progression zu verlangsamen, ist die Blockade des Renin-Angiotensin-Aldosteron-Systems. Dabei ist unklar, ob der antiproteinurische Effekt von z.B. ACE-Inhibitoren primär einer Reduktion des arteriellen Drucks und damit des renalen Perfusionsdrucks zuzuschreiben ist, oder ob Angiotensin II auch direkte Effekte auf die Filtrationsbarriere ausübt.
In der vorliegenden Arbeit sollten daher die akuten und chronischen Effekte von Angiotensin II auf die Funktion der glomerulären Filtrationsbarriere geklärt werden.
Klassischerweise wird die Struktur und die Funktion der Filtrationsbarriere an fixiertem Material (z.B. licht- oder elektronenmikroskopisch) oder invasiv mit Hilfe von Mikropunktionsverfahren untersucht. Beide Verfahren erlauben jedoch keine zeitgleichen Untersuchungen von Struktur und Funktion in vivo.
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde daher zur in vivo-Untersuchung des Glomerulus die Multiphotonen-Mikroskopie etabliert, ein bildgebendes Verfahren, das Untersuchungen in Echtzeit am lebenden Tier erlaubt.
Untersuchungen mittels Multiphotonen-Mikroskopie sind durch die maximale Eindringtiefe des Exzitationslasers limitiert. Somit lassen sich in der Niere Strukturen bis zu einer Tiefe von etwa 100 µm mit adäquater Bildqualität darstellen. Die Versuche wurden daher an Munich Wistar Frömter Ratten durchgeführt, einem Rattenstamm, der aufgrund seiner Vielzahl oberflächlich lokalisierter Glomeruli zur intravitalmikroskopischen Untersuchung besonders geeignet ist. Weiter wurde im Rahmen von Vorarbeiten die Lage oberflächlicher Glomeruli in verschiedenen Mausstämmen analysiert und BALB/c und C57BL/6 als für die Untersuchungen bevorzugte Stämme identifiziert.
Als Kardinalbefund konnte in vivo gezeigt werden, dass Angiotensin II – im Wesentlichen unabhängig von einer Beeinflussung der Hämodynamik – durch direkte Effekte auf die Filtrationsbarriere die Permeabilität für Albumin akut erhöht. Dieses Phänomen wurde durch AT1-Rezeptoren vermittel und partiell durch eine simultane Aktivierung von AT2-Rezeptoren gehemmt. Die durch eine Angiotensin II-Infusion ausgelöste substantielle Erhöhung der Albuminfiltration war von einer vermehrten proximal-tubulären Albuminreabsorption und einer vermehrten Ausscheidung im Endharn begleitet. Im Sinne eines antiproteinurischen Effekts konnte daher ein therapeutischer Vorteil von AT1-Rezeptor-Antagonisten gegenüber ACE-Inhibitoren postuliert werden.
Eine übermäßige glomeruläre Proteinfiltration birgt prinzipiell die Gefahr einer Akkumulation von Proteinen innerhalb der Filtrationsbarriere. In diesem Zusammenhang konnte hier erstmals in vivo und in Echtzeit gezeigt werden, dass Podozyten zur Transzytose von Albumin befähigt sind und somit eine Reinigungsfunktion für die Filtrationsbarriere ausüben könnten. Die durch Endozytose entstehenden proteinhaltigen Vesikel translozieren innerhalb der Podozyten von der Seite der Basalmembran zur Seite des Harnraums, um dort wiederum sezerniert zu werden.
Eine Albuminexpostion kann sowohl in vitro als auch in vivo eine inflammatorische Reaktion und eine vermehrte Apoptose von Podozyten hervorrufen. Unter diesem Gesichtspunkt könnte die vermehrte glomeruläre Filtration und anschließende podozytäre Endozytose von Albumin einen Mechanismus der chronischen Schädigung von Podozyten durch Angiotensin II darstellen.
Nach den Ergebnissen dieser Arbeit sollten die Zellkörper der Podozyten als eine neue, aktive Komponente der Filtrationsbarriere betrachtet werden, die eine potentielle pathologische Bedeutung für eine Schädigung der glomerulären Filtrationsbarriere aufweisen könnten.
Translation of the abstract (English)
The integrity of the glomerular filtration barrier (GFB) is an essential requirement for normal renal function. Glomerular lesions are highly associated with proteinuria. Furthermore, the increase in the loss of urinary plasma protein, such as albumin, is not only a symptom of glomerular disease, but significantly enhances the progression of the renal failure. Proteinuria is commonly treated by ...
Translation of the abstract (English)
The integrity of the glomerular filtration barrier (GFB) is an essential requirement for normal renal function. Glomerular lesions are highly associated with proteinuria. Furthermore, the increase in the loss of urinary plasma protein, such as albumin, is not only a symptom of glomerular disease, but significantly enhances the progression of the renal failure. Proteinuria is commonly treated by drugs inhibiting the renin angiotensin aldosterone system (RAS), such as ACE inhibitors (ACEi). It is not entirely clear, weather the beneficial effects of ACEi on the glomerular integrity are a consequence of its hemodynamic effects on modulating glomerular perfusion pressure or possible direct effects on the glomerular filtration barrier.
This study aimed to investigate the acute and chronic effects of angiotensin II (Ang II) on the glomerular filtration barrier.
The glomerular structure and function are classically assessed using light-/electron microscopy techniques or invasive micropuncture technique. None of these methods allows the simultaneous investigation of glomerular function and morphology in vivo. For this reason, multiphoton microscopy (2PM) was established for renal investigations. This novel technique allows the examination of renal function and morphology in the living animal.
The excitation laser used in this technique allows a penetration depth of up to 100 µm within the renal tissue. As a consequence superficially located glomeruli are required for the investigation of the glomerulus. In most adult rats and mice, the glomeruli are located beyond the laser accessibility within the renal cortex. Therefore, Munich Wistar Frömter rats were used for 2PM glomerular investigations since they offer a high number of superficial glomeruli. In a side project different mouse strains were analized in terms of the presence of superficially located glomeruli in order to find a strain, similarly suitable for renal 2PM investigations like Munich Wistar Frömter rats. As a result of these studies, the mouse strains BALB/c and C57BL/6 were identified as the best ones when using 2PM.
As a key finding of the study, Ang II acutely and dynamically enhances the glomerular filtration, proximal tubular uptake and urinary excretion of albumin. Ang II increases the glomerular albumin filtration mainly independently of changes in mean arterial blood pressure The effects of Ang II on the albumin filtration are mediated by the AT1 receptor and are partially counteracted by the binding of Ang II to the AT2 receptor This reveales an antiproteinuric effect downstream the AT2 signaling cascade. Therefore AT1 receptor blockers may be preferable over ACEi for the management of proteinuria in patients.
An increase in the glomerular albumin filtration goes along with an increased risk of protein accumulation within the GFB. This study for the first time showed the transcytosis of plasma albumin into the urinary space by podocytes in vivo, which may account for a clearing function of podocytes for the GFB. Furthermore, the formation of plasma protein containing vesicles in podocytes may trigger an inflammatory response and possibly further promote the Ang II-induced proteinuria.
The results of this study define the podocytes cell body as a new and active part of the GFB. The endocytosis of plasma proteins by podocytes, may be involved in the pathophysiological pathways leading to damage and loss of the function of the GFB.
Metadata last modified: 26 Nov 2020 00:58
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