| License: Publishing license for publications excluding print on demand (5MB) |
- URN to cite this document:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-321591
- DOI to cite this document:
- 10.5283/epub.32159
| Item type: | Thesis of the University of Regensburg (PhD) |
|---|---|
| Open Access Type: | Primary Publication |
| Date: | 17 July 2015 |
| Referee: | Prof. Dr. Armin Kurtz |
| Date of exam: | 8 June 2015 |
| Institutions: | Biology, Preclinical Medicine > Institut für Physiologie > Prof. Dr. Armin Kurtz |
| Keywords: | Niere, Renin-Angiotensin-Aldosteron System, Aldosteronsynthase Knockout, kidney, Renin-Angiotensin-Aldosterone system, Aldosterone synthase knockout |
| Dewey Decimal Classification: | 500 Science > 570 Life sciences 600 Technology > 610 Medical sciences Medicine |
| Status: | Published |
| Refereed: | Yes, this version has been refereed |
| Created at the University of Regensburg: | Yes |
| Item ID: | 32159 |
Abstract (German)
Die Aspartylprotease Renin, welche von dem juxtaglomerulären Apparat der Niere freigesetzt wird, ist als Schlüsselenzym des Renin-Angiotensin-Aldosteron-Systems maßgeblich an der Homöostase des Salz- und Wasserhaushaltes und damit auch an der Regulation des Blutdrucks beteiligt. Unter normalen nicht-pathologischen Bedingungen sind nur wenige Renin-bildende Zellen typischerweise innerhalb der ...
Abstract (German)
Die Aspartylprotease Renin, welche von dem juxtaglomerulären Apparat der Niere freigesetzt wird, ist als Schlüsselenzym des Renin-Angiotensin-Aldosteron-Systems maßgeblich an der Homöostase des Salz- und Wasserhaushaltes und damit auch an der Regulation des Blutdrucks beteiligt. Unter normalen nicht-pathologischen Bedingungen sind nur wenige Renin-bildende Zellen typischerweise innerhalb der Media-Schicht der afferenten Arteriole an juxtaglomerulärer Position zu finden. Durch eine starke Stimulation des RAAS oder genetisch bedingte Defekte innerhalb der RAAS-Kaskade (z.B. bei einem Aldosteronsynthase Knockout), kann es hingegen zu einer Rekrutierung von Renin-bildenden Zellen kommen. Dies kann in Form einer Reninzellhyperplasie stattfinden. Dabei ordnen sich Renin-produzierende Zellen in mehrschichtigen Zelllagen um die präglomerulären Gefäße an. Es ist noch wenig über die Herkunft dieser zusätzlichen Renin-bildenden Zellen bekannt. Ziel dieser Arbeit war es, die Salzabhängigkeit dieser perivaskulären Renin-bildenden Zellen zu untersuchen, um einen Anhaltspunkt darüber zu erhalten, ob sie bei erhöhtem Bedarf an Renin (Niedrigsalzdiät) durch Proliferation bereits bestehender Renin-bildender Zellen neu entstehen oder ob sie durch Transformation aus anderen renalen Zelltypen hervorgehen können. Außerdem sollte geklärt werden, ob, bei vermindertem Bedarf an Renin (Hochsalzdiät), die perivaskulären Renin-bildenden Zellen durch Apoptose verschwinden, oder lediglich die Produktion von Renin einstellen.
Es konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, dass potenziell zur Reninproduktion befähigte Zellen in Aldosteronsynthase Knockout Mäusen als Zellanlagen bereits vorhanden sein müssen. Dies zeigte sich zum einen an der Tatsache, dass die Änderung der Renin mRNA Abundanz, der Plasma-Renin-Konzentration sowie der Fläche präglomerulärer Renin-bildender Zellen und der Quantität des Reninproteins, in sehr kurzer Zeit nach Änderung der Salzzufuhr stattfand. Zum anderen wurden auch mit Renin koregulierte Gene, wie Connexin 40, Aldose-Ketose-Reduktase 1b7 oder Cyclooxygenase-2 in vergleichbarem Maße mit dem Reningen in Abhängigkeit von der Salzdiät koreguliert. Auch die Tatsache, dass die Renin mRNA Abundanz und die Reninsekretion auch nach längerer Zeit der salzbedingten Suppression wieder auf gleiche Weise reinduziert werden konnten, trägt zu der Annahme bei, dass die erhöhte Reninexpression und –synthese auf entsprechende bereits vorhandene Zellanlagen zurückzuführen ist. Dies wurde vor allem an der Methode der isoliert-perfundierten Niere deutlich, bei der die Reninsekretionsrate eines 14 und 28 Tage lang mit Hochsalzdiät supprimierten Tieres nach darauffolgender starker Stimulation des RAAS innerhalb von wenigen Minuten die gleiche Reninsekretionsrate erreichte, wie bei einem Tier, das eine Normalsalzdiät erhalten hatte. Dies deutet stark auf ein Vorhandenseinentsprechender Zellen hin, die zur Expression und Synthese von Renin fähig sind, und weniger auf Zellproliferation, da proliferierende Prozesse mehr Zeit in Anspruch nehmen würden. Außerdem konnte mit Hilfe eines Proliferationsassays gezeigt werden, dass innerhalb der Zellen, die der Reninzelllinie angehörten, unter Niedrigsalzdiät keine Proliferation stattfand. Dass diese Zellen unter Hochsalzdiät auch weiterhin erhalten blieben, konnte durch einen Apoptoseassay gezeigt werden. Dabei konnten in den Feldern der Reninzelllinie unter Hochsalzdiät keine apoptotischen Zellen gefunden werden. Auch die Tatsache, dass die Zellkerndichte unter Niedrigsalzdiät im Zeitverlauf abnahm und unter Hochsalzdiät zunahm, deutet darauf hin, dass sich die Anzahl der Kerne pro präglomerulärem Feld nicht veränderte, sondern, dass lediglich dessen Fläche zu- bzw. abnahm. Dieses Ergebnis wird bestärkt durch die immunhistochemische Färbung eines 6 Wochen lang mit Hochsalzdiät gefütterten Tieres, bei dem die GFP-positiven Felder der Reninzelllinie dicht gepackt waren mit DAPI-positiven Zellkernen. Aus dieser Abbildung ging außerdem deutlich hervor, dass nur noch vereinzelt Renin-positive Zellen im präglomerulären Bereich vorhanden waren, aber noch sehr viele Zellen, die GFP-positiv waren. Das bedeutet, dass diese GFP-positiven Zellen wahrscheinlich einmal Renin produziert haben, durch den verminderten Bedarf an Renin (Hochsalzdiät) die Reninproduktion allerdings eingestellt haben, und anschließend als eine Art „Reservezellen“ bestehen blieben. Interessanterweise ergab sich ein sehr ähnliches Bild für die immunhistochemische Färbung von Connexin 40, bei der ebenfalls nach 6-wöchiger Hochsalzdiät kaum noch Renin-positive Zellen aber noch viele Cx40-positive Zellen im präglomerulären Raum zu finden waren. Dies konnte auch durch die Bestimmung der Flächen der Renin- bzw. Cx40-positiven präglomerulären Zellfelder gezeigt werden. Dabei zeigte sich, dass nach lang andauernder Hochsalzdiät noch deutlich größere Cx40-positive Zellfelder im präglomerulären Raum vorhanden waren, verglichen mit den Renin-positiven Feldern. Dies lässt den Schluss zu, dass diese Zellen, die in der Aldosteronsynthase-defizienten Maus dazu fähig sind, bei Bedarf Renin zu produzieren, Zellen des extraglomerulären Mesangiums sein könnten. Die Tatsache, dass in den perivaskulären Confetti-positiven Feldern stets alle fluoreszierenden Proteine zu finden waren, deutet darauf hin, dass die Zellen wahrscheinlich nicht von einer einzigen gemeinsamen Vorläuferzelle bzw. Zellpopulation abstammen, sondern dass die Zellen eventuell aus verschiedenen Zellpopulationen hervorgegangen sind. Dies könnte wiederum bedeuten, dass sich unterschiedliche Zelltypen der Niere wie etwa extraglomeruläre Mesangialzellen oder interstitielle Zellen in perivaskuläre Renin-bildende Zellen umwandeln könnten.
Translation of the abstract (English)
The aspartyl protease renin, a key component of the renin-angiotensin-aldosterone-system, which is secreted from the juxtaglomerular apparatus of the kidney, is critically involved in salt and water balance and subsequently in the regulation of blood pressure. Under non-pathological conditions renin-producing cells typically within the media-layer of the afferent arteriole in a juxtaglomerular ...
Translation of the abstract (English)
The aspartyl protease renin, a key component of the renin-angiotensin-aldosterone-system, which is secreted from the juxtaglomerular apparatus of the kidney, is critically involved in salt and water balance and subsequently in the regulation of blood pressure. Under non-pathological conditions renin-producing cells typically within the media-layer of the afferent arteriole in a juxtaglomerular position are few in number. Stimulation of the RAAS or defects within the RAAS (e.g. an aldosterone synthase knockout) leads to a recruitment of renin-producing cells in the shape of renin cell hyperplasia. Here, renin-producing cells are arranged in multiple layers around the preglomerular vessels. The origin of these cells is not yet elucidated.
The aim of this study was to investigate the salt dependence of these perivascular renin-producing cells. Firstly, I wanted to determine if an increased demand for renin caused by a low salt diet leads to de novo formation of these cells via proliferation of existing renin-producing cells, or if they derive from other renal cell types via transformation. Secondly, this study aimed to elucidate if a reduced renin requirement caused by a high salt diet leads to apoptosis of these perivascular cells or if they instead cease to produce renin.
In this study I was able to demonstrate that aldosterone synthase knockout mice possess cells that are capable of producing renin since changes in salt availability led to rapid changes in renin mRNA abundance, plasma renin concentration, and the area of preglomerular renin-producing cells as well as the amount of renin protein. Furthermore, genes, which are coregulated with renin such as connexin 40, aldose ketose reductase 1B7, or cyclooxagenase-2, were coregulated in a similar fashion. Moreover, the fact that renin mRNA abundance and renin secretion could be induced even after salt-dependent suppression indicates that an increase in expression and synthesis of renin can be explained by cells that are predisposed to produce renin. Using the isolated perfused kidney I was able to demonstrate that mice, whose renin secretion rate had been suppressed by administering a high salt diet for either 14 or 28 days, reverted to similar renin secretion rates within minutes upon stimulation of the RAAS compared to mice on a normal salt diet. This indicates the existence of cells that are capable of expression and synthesis of renin rather than cell proliferation since cell proliferation would require more time. Furthermore, using a proliferation assay I could demonstrate that within cells belonging to the renin cell lineage no proliferation occurred under low salt diet. Conversely, these cells do not die under high salt conditions, which was shown via an apoptosis assay. Furthermore, nucleus density in the preglomerular region decreased under low salt and increased under high salt, which indicated a change in area rather than a change in cell count. These results are confirmed by an immunohistochemical staining performed on a mouse treated with a high salt diet for six weeks. Here, GFP-positive regions of the renin cell lineage were densely packed with DAPI-positive nuclei. Moreover, the number of renin-positive cells in the preglomerular region was very low, while the number of GFP-positive cells remained high. One explanation might be that GFP-positive cells, that used to produce renin but are no longer required to do so when demand for renin is decreased (e.g. under a high salt diet), are conserved as “backup cells”. Interestingly, immunohistochemical analysis of connexin 40 expression produced similar results after six weeks of high salt treatment, displaying a large number of Cx40-positive cells and a small number of renin-positive cells in the preglomerular region, which was confirmed by measuring the area of Cx40- and renin-positive cells. These measurements revealed that under high-salt conditions the Cx40-positive area was much larger than the renin-positive area in the preglomerular region.
One possibility may be that the cells in aldosterone synthase deficient mice, that are predisposed to produce renin, may derive from cells of the extraglomerular mesangium. In stainings performed in confetti mice confetti-positive cells contained all fluorescent proteins, which indicates that these cells do not derive from a single progenitor cell or one distinct cell population but instead may derive from different cell populations. This in turn could imply that different renal cell populations such as extraglomerular mesangial cells or interstitial cells are capable of transforming into perivascular renin-producing cells.
Metadata last modified: 25 Nov 2020 23:49
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