| License: Publishing license for publications excluding print on demand (9MB) |
- URN to cite this document:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-332247
- DOI to cite this document:
- 10.5283/epub.33224
| Item type: | Thesis of the University of Regensburg (PhD) |
|---|---|
| Open Access Type: | Primary Publication |
| Date: | 9 February 2016 |
| Referee: | Prof. Dr. Richard Warth |
| Date of exam: | 16 December 2015 |
| Institutions: | Biology, Preclinical Medicine > Institut für Physiologie > Prof. Dr. Richard Warth |
| Keywords: | Aldosteron, Aldosteron-produzierendes Adenom, primärer Hyperaldosteronismus, Na+/K+-ATPase, Nebenniere |
| Dewey Decimal Classification: | 500 Science > 500 Natural sciences & mathematics 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: | 33224 |
Abstract (German)
In der vorgestellten Arbeit wurde der Einfluss von Mutationen der Na+/K+-ATPase, welche in Aldosteron-produzierenden Adenomen (APAs) gefunden wurden, auf die Physiologie adrenaler Zellen analysiert. Aldosteron wird in den Glomerulosazellen der Nebennierenrinde gebildet und dessen Sekretion wird durch Angiotensin II (Ang II) und hohes Plasmakalium stimuliert. Glomerulosazellen haben ein ...
Abstract (German)
In der vorgestellten Arbeit wurde der Einfluss von Mutationen der Na+/K+-ATPase, welche in Aldosteron-produzierenden Adenomen (APAs) gefunden wurden, auf die Physiologie adrenaler Zellen analysiert.
Aldosteron wird in den Glomerulosazellen der Nebennierenrinde gebildet und dessen Sekretion wird durch Angiotensin II (Ang II) und hohes Plasmakalium stimuliert. Glomerulosazellen haben ein hyperpolarisiertes Membranpotenzial. Eine Depolarisation der Membran, z. B. durch Ang II oder Hyperkaliämie, führt zum Anstieg des zytosolischen Ca2+-Levels, was die Aldosteronsynthese triggert. Die autonome Aldosteronsekretion (primärer Hyperaldosteronismus), z. B. auf Grund eines Aldosteron-produzierenden Adenoms, verursacht ~10 % aller diagnostizierten Hypertonien. Vor wenigen Jahren wurde festgestellt, dass somatische Mutationen der α1-Untereinheit der Na+/K+-ATPase in 5-6 % der APAs die pathologische Aldosteronsekretion hervorrufen. Die Na+/K+-ATPase pumpt Na+ und K+ entgegen ihrer Gradienten über die Zellmembran, dadurch ist sie essentiell für die Aufrechterhaltung der intrazellulären Ionenhomöostase und des Membranpotenzials. APA-assoziierte Mutationen der Na+/K+-ATPase bewirken den Verlust der Pumpfunktion und vermutlich einen pathologischen Na+- und/oder H+-Einstrom in die Zelle. Mutierte Adenomzellen waren depolarisiert und es wird vermutet, dass dadurch das zytosolische Ca2+-Level erhöht und die Aldosteronsynthese aktiviert wird. In dieser Studie wurden erstmals die Auswirkungen der Na+/K+-ATPase Mutationen (L104R, V332G und G99R) auf die Ca2+- und pH-Homöostase in adrenalen Zellen betrachtet.
Alle analysierten Mutationen bewirkten eine Depolarisation der Zellmembran in den adrenalen NCI-H295R Zellen und die autonome Sekretion von Aldosteron. Wir beobachteten, dass die Depolarisation zum einen auf eine veränderte intrazelluläre Na+- und K+-Homöostase und zum anderen in Zellen mit der V332G Mutation auf einen pathologischen Na+-Einstrom zurückzuführen ist. Interessanterweise war trotz der Depolarisation das basale Ca2+-Level nicht signifikant verändert. Dennoch waren sowohl das intrazelluläre Ca2+-Signaling als auch die elektrophysiologische Antwort nach Stimulation mit Ang II und K+ durch die Mutationen gestört.
Die erhobenen Daten bestätigen zudem den beobachteten H+-Leckstrom der L104R Mutation und dies konnten wir entgegen der Vorhersagen erstmals auch für die V332G Mutation nachweisen. Trotz einer verstärkten Aktivität des Na+/H+-Austauschers, führten die beiden Mutationen zur Ansäuerung des basalen intrazellulären pHs (pHi) und zu einer gestörten pH-Regulation der Zellen. Der mögliche Beitrag des pHi zur Pathophysiologie mutierter Zellen wurde durch das gezielte Ansäuern untransfizierter NCI-H295R Zellen und die dadurch stimulierte Aldosteronsekretion untermauert. Die Mutation G99R wies keine veränderte pH-Homöostase auf und zeigte generell einen milderen Phänotyp als die anderen Mutationen. Die autonome Aldosteronsekretion ist vermutlich auf das Zusammenspiel verschiedener pathologischer Signalwege zurückzuführen.
Zusätzlich zeigt die Studie die Bedeutung des intrazellulären pH-Werts für die Aldosteronsekretion und trägt somit zum grundlegenden Verständnis der zellulären Regulation der Aldosteronsekretion bei
Translation of the abstract (English)
Aldosterone is synthesized in zona glomerulosa cells of the adrenal gland and its secretion is regulated by angiotensin II (ang II) and increased levels of plasma potassium. Glomerulosa cells are strongly depolarized under resting conditions. Stimulation with ang II or potassium induces a depolarization of the plasma membrane, which causes an increase of the intracellular calcium concentration ...
Translation of the abstract (English)
Aldosterone is synthesized in zona glomerulosa cells of the adrenal gland and its secretion is regulated by angiotensin II (ang II) and increased levels of plasma potassium. Glomerulosa cells are strongly depolarized under resting conditions. Stimulation with ang II or potassium induces a depolarization of the plasma membrane, which causes an increase of the intracellular calcium concentration and thus, the biosynthesis of aldosterone. Approximately 10 % of all diagnosed cases of hypertension are caused by the autonomous secretion of aldosterone (primary aldosteronism), e.g. through an aldosterone producing adenoma. Recently, somatic mutations in the gene for the α1 subunit of the Na+/K+-ATPase (ATP1A1) were found to be the cause for the pathological aldosterone secretion in 5-6 % of patients with APAs. Physiologically, the Na+/K+-ATPase pumps Na+ and K+ against their gradients across the plasma membrane. Therefore, the Na+-pump plays a pivotal role in maintaining the intracellular ion homeostasis and the membrane potential.
APA associated mutations of the Na+/K+-ATPase lead to a loss of the pump function and possibly result in a pathological influx of Na+ and/or H+ into the cytosol. It was shown, that mutated adenoma cells were depolarized, which lead to the hypothesis that this might cause an increase of the intracellular calcium level, which in turn activates the synthesis of aldosterone. With this study, we were the first to show the effect of Na+/K+¬ATPase mutations (L104R, V332G and G99R) on the intracellular Ca- and pH homeostasis of adrenocortical cells.
The expression of the Na+/K+¬ATPase mutants depolarized adrenocortical NCI-H295R cells and stimulated aldosterone secretion. We could show that the depolarization is based on a disturbed intracellular Na+- and K+-homeostasis. Additionally, in cells expressing the V332G mutation the depolarization is also caused by the pathological influx of Na+ ions. Interestingly, despite the depolarization we could not detect an increase of the basal cytosolic Ca2+ level. Nevertheless, the expression of the mutated proteins resulted in a disturbed intracellular Ca2+ signal and electrophysiological response during stimulation with ang II or K+.
Furthermore, we could verify the assumed H+-leak caused by the L104R mutation; additionally we could demonstrate this for the V332G mutation, too. Measurements of the cytosolic pH revealed an acidification of the intracellular pH (pHi) in L104R and V332G mutant cells, even though the activity of the Na+/H+-exchangers was increased. We could also detect general disturbances in the pH regulation of transfected cells. The possible contribution of pHi to the pathophysiology of mutated cells was underlined by the increased aldosterone secretion induced by artificial cytosolic acidification of NCI-H295R cells. The mutation G99R did not evoke changes of pH homeostasis and G99R expressing cells displayed a very mild phenotype compared to the other mutations. The observed autonomous aldosterone secretion is most likely based on the interplay of several pathological signaling pathways. Furthermore, this study provides evidence for a possible role of the intracellular pH on the secretion of aldosterone.
Metadata last modified: 25 Nov 2020 23:08
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