Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde eine neuartige, autosomal-dominant vererbte Form des renalen Fanconi-Syndroms untersucht. Neben der klassischen proximalen Tubulopathie, die bereits in der Kindheit einsetzt und eher mild ausfällt, kommt es bei allen betroffenen Patienten im Erwachsenenalter zu einem terminalen Nierenversagen und zur Ausbildung fibrotischer Schrumpfnieren. Über ...
Abstract (German)
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde eine neuartige, autosomal-dominant vererbte Form des renalen Fanconi-Syndroms untersucht. Neben der klassischen proximalen Tubulopathie, die bereits in der Kindheit einsetzt und eher mild ausfällt, kommt es bei allen betroffenen Patienten im Erwachsenenalter zu einem terminalen Nierenversagen und zur Ausbildung fibrotischer Schrumpfnieren. Über Kopplungsanalysen konnte das betroffene Gen identifiziert werden, dessen Genprodukt als Stoffwechselenzym normalerweise in den Mitochondrien frühproximaler Tubuluszellen lokalisiert ist.
Durch die Untersuchung des renalen Phänotyps einer FAP2 („Fanconi-assoziiertes Protein 2“) Knockout Maus konnte eine Haploinsuffizienz als Ursache der Krankheitsentstehung ausgeschlossen werden. Diese Mäuse zeigten keine Symptome eines Fanconi-Syndroms.
Es hat sich herausgestellt, dass mutiertes FAP2 in der mitochondrialen Matrix mit sich selbst aggregiert und sich dort in Form langer Fibrillen ablagert. Dies konnte sowohl im verwendeten Zellmodell (stabil transfizierte, induzierbare LLC-PK1 Zellen), als auch in der untersuchten Patientenbiopsie nachgewiesen werden. Als Folge davon werden über einen bisher noch nicht im Detail bekannten Mechanismus schwere Entzündungs-prozesse, das Absterben von proximalen Tubuluszellen und eine Fibrose induziert. Als Mechanismus, der diese Entzündungsprozesse anstößt, wurde eine Aktivierung des NLRP3-Inflammasomenkomplexes nachgewiesen. In unserem Zellmodell konnte eine Erhöhung von NLRP3 auf mRNA-Ebene beobachtet werden, sowie auch eine Erhöhung von IL-18 auf mRNA- und auf Protein-Ebene. IL-18 ist ein bekannter potenter Entzündungsmediator, der in der Literatur bereits mit der Entstehung der Nierenfibrose in Zusammenhang gebracht wurde. Als Fibrose-Marker waren im Zellmodell die mRNA- und Protein-Expression des extrazellulären Matrixproteins Fibronektin 1 und des mesenchymalen Markers Glattmuskel-Aktin erhöht. Die Untersuchung einer post mortem Patientenniere zeigte in Übereinstimmung mit den in vitro Daten eine starke Fibrose, die sich über das gesamte Nierengewebe erstreckte.
Zusammenfassend sind sehr wahrscheinlich die Aggregate von mutiertem FAP2 die Ursache für die Entstehung der vorliegenden Erkrankung. Interessanterweise lässt sich durch spezielle Nahrungssupplementationen die Expression von FAP2 als Stoffwechselenzym beeinflussen. So könnte eine Reduktion der Expression von mutiertem FAP2 eine Therapieoption darstellen, da dadurch die die Aggregatbildung reduziert werden kann.
Translation of the abstract (English)
In this work, a new autosomal-dominant inherited form of the renal Fanconi-syndrome was investigated. Besides a classical proximal tubulopathy already starting in early infancy, all affected patients develop a terminal renal failure and a severe renal fibrosis in adulthood. The affected gene could be identified by linkage analysis. It encodes for a metabolic enzyme which is referred to as ...
Translation of the abstract (English)
In this work, a new autosomal-dominant inherited form of the renal Fanconi-syndrome was investigated. Besides a classical proximal tubulopathy already starting in early infancy, all affected patients develop a terminal renal failure and a severe renal fibrosis in adulthood. The affected gene could be identified by linkage analysis. It encodes for a metabolic enzyme which is referred to as Fanconi-associated protein 2 (FAP2) and which is located within mitochondria in early proximal tubular cells.
By investigating the renal phenotype of a FAP2 knockout mouse, we could exclude a haploinsufficiency as the disease causing mechanism. These mice did not show any symptoms of a renal Fanconi-syndrome.
We demonstrate that mutated FAP2 proteins bind to each other in the mitochondrial matrix and accumulate as long fibers. This could be demonstrated in our cell model (stable transfected, inducible LLC-PK1 cells), as well as in a patient`s biopsy. Therefore, severe inflammatory processes, death of proximal tubular cells, and renal fibrosis are induced by a not yet completely understood mechanism. A possible explanation for the observed inflammation could be an activation of the NLRP3-inflammasome, which we saw in our LLC-PK1 cell model. Here, we observed an increased expression of NLRP3 mRNA and an increased expression of IL-18 mRNA and protein, respectively. IL-18 is known as a potent mediator of inflammatory processes and is implicated in the development of renal fibrosis according to literature. As markers for fibrosis, mRNA and protein expression of fibronectin 1, an extracellular matrix protein, and the mesenchymal marker smooth muscle actin were elevated. A post mortem patient`s kidney specimen also showed a severe fibrosis, which extended to the whole kidney tissue.
Taken together, it is very likely that the fibers consisting of mutated FAP2 are the cause of the investigated disease. Interestingly, by intake of special nutrient supplements, the expression of FAP2 as a metabolic enzyme can be influenced. Thus, a reduced expression of mutated FAP2 could serve as a therapeutic option, as the formation of these fibers could be reduced.
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