| Lizenz: Creative Commons Namensnennung 4.0 International (16MB) |
- URN zum Zitieren dieses Dokuments:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-363452
- DOI zum Zitieren dieses Dokuments:
- 10.5283/epub.36345
| Dokumentenart: | Hochschulschrift der Universität Regensburg (Dissertation) |
|---|---|
| Open Access Art: | Primärpublikation |
| Datum: | 20 November 2017 |
| Begutachter (Erstgutachter): | Prof. Dr. Armin Kurtz |
| Tag der Prüfung: | 4 September 2017 |
| Institutionen: | Biologie und Vorklinische Medizin > Institut für Physiologie Biologie und Vorklinische Medizin > Institut für Physiologie > Prof. Dr. Armin Kurtz |
| Stichwörter / Keywords: | Renin, Connexin 40, Cx40, Ca²⁺, Ultrastruktur, ultrastructur, juxtaglomeruläre Epitheloidzellen, juxtaglomerular cells |
| Dewey-Dezimal-Klassifikation: | 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 610 Medizin |
| Status: | Veröffentlicht |
| Begutachtet: | Ja, diese Version wurde begutachtet |
| An der Universität Regensburg entstanden: | Ja |
| Dokumenten-ID: | 36345 |
Zusammenfassung (Deutsch)
Für das Renin-Angiotensin-Aldosteron System und damit für die Blutdruckregulie-rung im Organismus spielt Renin eine entscheidende Rolle. In den juxtaglomerulären Epitheloidzellen (JG-Zellen) der Niere wird Renin in elektronenmikroskopisch dichten Vesikeln gespeichert und über einen regulierten Freisetzungsmechanismus ausge-schüttet, wobei der intrazelluläre cAMP-Signalweg die Reninsekretion ...
Zusammenfassung (Deutsch)
Für das Renin-Angiotensin-Aldosteron System und damit für die Blutdruckregulie-rung im Organismus spielt Renin eine entscheidende Rolle. In den juxtaglomerulären Epitheloidzellen (JG-Zellen) der Niere wird Renin in elektronenmikroskopisch dichten Vesikeln gespeichert und über einen regulierten Freisetzungsmechanismus ausge-schüttet, wobei der intrazelluläre cAMP-Signalweg die Reninsekretion stimuliert und eine Erhöhung der extra- und intrazellulären Ca²⁺-Konzentration diese hemmt. Der genaue Exozytosemechanismus von Renin ist noch nicht vollständig geklärt. Neuere Studien weisen jedoch darauf hin, dass in JG-Zellen die Compound-Exozytose, bei der zu großen Speichernetzwerken fusionierte Vesikel die Sekretion erhöhen, für die Maximierung der Reninsekretionsrate (RSR) relevant sein könnte.
Die JG-Zellen der Niere sind sowohl untereinander als auch mit benachbarten Zellen durch Gap Junctions verbunden, wobei JG-Zellen im adulten Organismus über-wiegend Connexin 40 (Cx40) exprimieren. Cx40-Knockout-Mäuse (Cx40⁻/⁻) weisen unter anderem einen Anstieg der Plasmareninkonzentration und daher Bluthoch-druck auf. Bei diesen Mäusen sind die JG-Zellen nicht mehr ausschließlich in der Media afferenter Arteriolen lokalisiert und der sogenannte Barorezeptorreflex, der durch einen Anstieg des intrarenalen Blutdrucks zur Abnahme der Reninexpression und -sekretion führt, ist nachweislich gestört. In Versuchen von Wagner et al. mit isoliert perfundierten Nieren (IPN) wurde festgestellt, dass die RSR bei Cx40-/--Mäusen unter Stimulation mit Isoproterenol (Iso), das zur Aktivierung des cAMP-Signalwegs führt, regulär ansteigt. Unter Stimulation mit Ethylenglycol-bis-(aminoethylether)-N,N,N‘,N‘-tetraessigsäure (EGTA), welches die extrazelluläre Ca²⁺-Konzentration absenkt, findet eine Zunahme der RSR im Gegensatz zum Wildtyp jedoch nur in geringem Maße statt [1]. Aufgrund dieser Erkenntnisse wurde in der vorliegenden Arbeit untersucht, in welchem Ausmaß sich die Abwesenheit von Cx40 ultrastrukturell in der zwei- und dreidimensionalen Ebene auf die Reninsekretion und auf die Morphologie von Reninspeichervesikeln (RV) auswirkt.
Im Zuge dieser Dissertation wurden dazu in IPN-Versuchen präparierte, unstimulierte und stimulierte Wildtyp- und Cx40-/--Mäuse ultrastrukturell analysiert. Zur pharma-kologischen Stimulation der Reninsekretion wurde 10 nM Iso bzw. 3,1 mM EGTA verwendet. Nach der Fixierung des Nierengewebes wurden 70 nm dünne Schnitte von JG-Zellen erstellt, in transmissionselektronenmikroskopischen Aufnahmen (TEM-Aufnahmen) betrachtet und mittels eines Softwareprogrammes dreidimensional rekonstruiert.
Im ersten Teil der Arbeit wurden JG-Zellausschnitte von Wildtyp-Mäusen betrachtet. Während die 16-minütige Stimulation mit 10 nM Iso im Vergleich zum unstimulierten Wildtyp die RV-Morphologie nur wenig beeinflusste, führte die 16-minütige Stimu-lation des Wildtyps mit 3,1 mM EGTA zur verstärkt irregulären Morphologie der RV, zur Verminderung und Inhomogenität der Elektronendichte mancher RV, zur Abnahme von der durchschnittlichen Vesikelvolumina und -oberflächen und zur Zunahme des Vernetzungsgrades der RV. Die Zunahme der RSR war bei beiden Stimulationsarten nahezu identisch. Diese Ergebnisse bestätigen Beobachtungen aus früheren Studien. Die verminderte Elektronendichte mancher RV im mit EGTA stimulierten Wildtyp könnte auf eine unvollständige Entleerung dieser RV und damit auf einen in JG-Zellen stattfindenden Kiss and Run-Mechanismus hindeuten, durch den Speichervesikel über kleine Fusionsporen mit der Zellmembran nur teilweise entleert werden.
Im zweiten Abschnitt der Arbeit wurden JG-Zellausschnitte von Cx40-/--Mäusen betrachtet und mit dem Wildtyp verglichen. Der unstimulierte Cx40-/- wies neben einer leicht erhöhten RSR im Vergleich zum Wildtyp fast ausschließlich klassisch runde RV auf. Die RV-Morphologie des unstimulierten Cx40-/- bestätigt frühere Beschreibungen, dass die RV sich im Cx40-/- vermehrt klassisch rund präsentieren. Dies könnte darauf hindeuten, dass JG-Zellen durch extrazelluläre Signale zur Bildung von Speichernetzwerken angeregt werden und dieser Mechanismus bei Cx40-/--Mäusen beeinträchtigt ist. Nach der 16-minütigen Stimulation des Cx40-/- mit Iso wurde in den betrachteten Zellausschnitten im Vergleich zum mit Iso stimulierten Wildtyp eine stärker variierende Morphologie der RV festgestellt, wobei die Vernetzungsgrade der RV sich ähnelten. Die 16-minütige Stimulation des Cx40-/- mit EGTA führte im Vergleich zum mit EGTA stimulierten Wildtyp nicht zur Inhomogenität der RV-Elektronendichte, zu weniger ausgeprägten morphologischen Veränderungen und zur geringeren Abnahme der durchschnittlichen Vesikelvolumina und Vesikel-oberflächen. Während die RSR beim mit Iso stimulierten Knockout wie beim Wildtyp deutlich zunahm, fehlte dieser Anstieg unter dem Einfluss von EGTA beim Cx40-/- fast vollständig. Die Zellmorphologie beim mit EGTA stimulierten Cx40-/- steht in Einklang mit dem ausbleibenden Anstieg der RSR, der bereits von Wagner et al. beobachtet wurde, und mit deren Annahme, dass das Fehlen von Cx40 die Übertragung von Ca²⁺-Signalen beeinflusst [1].
Im dritten Teil der Arbeit wurden noch einmal gezielt Kontakte der RV mit der Zellmembran betrachtet. Mit Ausnahme des mit Iso stimulierten Cx40-/- wurden, unabhängig von der RSR, pro Zellausschnitt durchschnittlich zwei bis drei Kontakte von RV mit der Zellmembran beobachtet. Lediglich bei zwei der mit Iso stimulierten Cx40-/--Zellausschnitte wurden überdurchschnittlich viele Zellmembran-Kontakte festgestellt. Laut früheren Studien wird die Reninsekretion unter Stimulation mit Iso durch den direkten Kontakt zu Endothelzellen, der bei Cx40-/- aufgrund der veränderten Lokalisation der JG-Zellen nicht immer vorliegt, gedrosselt [2]. Zudem fördert die Stimulation des cAMP-Signalwegs in JG-Zellen die Größenzunahme sogenannter Readily Realeasable Pools, in denen sich bereits aktivierte Speicher-vesikel befinden, die rasch sezerniert werden können [3]. Beides könnte die hohe Anzahl an Zellmembran-Kontakten erklären, die im mit Iso stimulierten Cx40-/- fest-gestellt wurde.
Der Sekretionsmechanismus von RV konnte in dieser Arbeit nicht abschließend geklärt werden. Die ultrastrukturellen Beobachtungen schlossen weder die klassisch regulierte Exozytose noch die Compound-Exozytose oder den Kiss and Run-Mechanismus als mögliche relevante Mechanismen aus. Denkbar wäre, dass die „klassische“ Exozytose die basale RSR aufrechterhält, während die Compound-Exozytose die Maximierung der RSR über ein gewisses Zeitintervall hinweg fördert. Dabei könnten unter Stimulation des cAMP-Signalweges bevorzugt die Ver-größerung der Readily Realeasable Pools und unter Hemmung der extra- und intrazellulären Ca²⁺-Konzentration der Kiss and Run-Mechanismus zum kontrollierten Anstieg der RSR beitragen. Folglich wäre davon auszugehen, dass die RV grundsätzlich zu allen aufgeführten Exozytose-Mechanismen befähigt sind.
Übersetzung der Zusammenfassung (Englisch)
Renin secretion in renal juxtaglomerular cells (JGC) is regulated by calcium (Ca²⁺)-dependent negative feedback loops of the renin-angiotensin-aldosterone-system. Studies have shown that gap junctions composed by Connexin40 (Cx40), which permit intercellular communication between JGC and various cells, mediate these Ca²⁺-dependent inhibitory effects. In this study, we analyzed ultrastructural ...
Übersetzung der Zusammenfassung (Englisch)
Renin secretion in renal juxtaglomerular cells (JGC) is regulated by calcium (Ca²⁺)-dependent negative feedback loops of the renin-angiotensin-aldosterone-system. Studies have shown that gap junctions composed by Connexin40 (Cx40), which permit intercellular communication between JGC and various cells, mediate these Ca²⁺-dependent inhibitory effects. In this study, we analyzed ultrastructural changes within JGC of wild-type (WT) and Cx40-knockout (Cx40 KO) mice using isolated perfused mouse kidneys and 3-dimensional reconstruction of electron microscope pictures. Renin secretion was either stimulated by enhancing β-adrenergic stimulation via isoproterenol (10 nM) or by lowering the extracellular Ca²⁺ concentration with EGTA (3.1 mM). In all cells, renin was stored in dense core granules and networks of granules. Compared to the WT, the unstimulated Cx40 KO almost exclusively showed single granules. Under stimulation with isoproterenol, the renin secretion rate (RSR) increased at approximately the same rate and the majority of the granules were fused to small or large networks in both WT and Cx40 KO. In comparison, the RSR under stimulation with EGTA of the WT mouse was similar to the increase of the WT stimulated with isoproterenol, but the RSR of the Cx40-/- mouse remained almost unaltered compared to the unstimulated Cx40 KO. Under stimulation with EGTA, the JGC of the WT showed even larger granule networks and granules with low density indicating partial or total secretion of their contents. The JGC of the Cx40 KO showed single granules and granule networks at a ratio that mostly resembled the ultrastructure of JGC of the unstimulated WT mouse. These ultrastructural findings confirm that extracellular Ca²⁺ signals are largely abrogated without Cx40, but that a small fraction of extracellular Ca²⁺ nonetheless seems to influence the renin secretion of JGC.
Metadaten zuletzt geändert: 25 Nov 2020 20:47
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