Im Zentrum der vorliegenden Arbeit stand die Analyse mitochondrialer und lysosomaler Parameter im Zuge der Untersuchung eines hereditären Fanconi-Syndroms, welches aufgrund einer Mutation im Gen der mitochondrialen Glycin-Amidinotransferase (GATM) entsteht. Aufbauend auf umfangreichen Vorarbeiten (Reichold et al., 2018) wurde mit Hilfe eines bereits etablierten Zellmodells (stabil transfizierte, ...
Abstract (German)
Im Zentrum der vorliegenden Arbeit stand die Analyse mitochondrialer und lysosomaler Parameter im Zuge der Untersuchung eines hereditären Fanconi-Syndroms, welches aufgrund einer Mutation im Gen der mitochondrialen Glycin-Amidinotransferase (GATM) entsteht. Aufbauend auf umfangreichen Vorarbeiten (Reichold et al., 2018) wurde mit Hilfe eines bereits etablierten Zellmodells (stabil transfizierte, induzierbare LLC-PK1-Zellen) die Mutation p.T336A (LLC-PK1T336A-Zellen), eine von vier identifizierten und krankheitsverursachenden Mutationen, weiterführend mittels Durchflusszytometrie untersucht. Die GATM-Mutation führt in LLC-PK1T336A-Zellen zur Ausbildung elongierter, spindelförmiger Riesenmitochondrien, welche sich deutlich von der physiologischen Mitochondrienmorphologie unterscheiden. In der vorliegenden Arbeit zeigte sich, dass diese abnormen Mitochondrien in Summe dem mitochondrialen Gehalt in LLC-PK1WT-Zellen entsprechen. Jedoch zeigte sich auch, dass die mutierten Mitochondrien tendenziell ein reduziertes mitochondriales Membranpotential aufwiesen, was einer Überalterung geschuldet sein könnte. Wie bereits vorab (Reichold et al., 2018) beobachtet wurde, konnte erneut eine erhöhte Produktion mitochonondrialer Reaktiver Sauerstoffspezies (mROS) in LLC-PK1T336A-Zellen gemessen werden, wohingegen sich die Menge an intrazellulären ROS zwischen LLC-PK1WT-Zellen und LLC-PK1T336A-Zellen nicht unterschied. Es ergaben sich Hinweise, dass LLC-PK1T336A-Zellen womöglich die gesteigerte mROS-Produktion mit einer Erhöhung an intrazellulären Antioxidantien in Form des Proteins L-FABP kompensierten. Unklar bleibt, inwiefern die abnormen Mitochondrien autophagozytiert werden können. Eine vorab beobachtete erhöhte mRNA-Expression von Untereinheiten der lysosomalen V-ATPase ließ vermuten, dass der Gehalt an sauren Kompartimenten in LLC-PK1T336A-Zellen erhöht sein könnte, was jedoch nicht gezeigt werden konnte. Der Grund der erhöhten mRNA-Expression der V-ATPase bleibt folglich bis dato ungeklärt. Interessant wäre, ob die V-ATPase als Kompensation auf einen erniedrigten intrazellulären pH vermehrt in die Zellmembran eingebaut wird. Wie bereits in den Vorarbeiten postuliert wurde, wird vermutet, dass die erhöhte ROS-Produktion durch eine Induktion von Entzündungsreaktionen und Apoptose ursächlich für die Erkrankung ist. In weiterführenden Untersuchungen könnte die Erprobung von ROS-reduzierenden „mitochondrial targeted antioxidants“ eine mögliche Therapieoption darstellen, um die progrediente Niereninsuffizienz zu verzögern.
Translation of the abstract (English)
The aim of this dissertation was the examination of mitochondrial and lysosomal parameters in a recently discovered hereditary renal Fanconi Syndrome caused by a mutation of the GATM (glycine amidinotransferase). In addition to the extensive amount of prior findings (Reichold et al., 2018), we investigated further parameters in an earlier established, permanently transfected, inducible renal ...
Translation of the abstract (English)
The aim of this dissertation was the examination of mitochondrial and lysosomal parameters in a recently discovered hereditary renal Fanconi Syndrome caused by a mutation of the GATM (glycine amidinotransferase). In addition to the extensive amount of prior findings (Reichold et al., 2018), we investigated further parameters in an earlier established, permanently transfected, inducible renal proximal tubular cell-line (LLC-PK1), using flowcytometry. In this dissertation we examined the mutation T336A, one of four disease-related mutations. Mutation of GATM causes the developement of abnormal and elongated mitochondria, whereas expression of wild-type GATM leads to a normal mitochondrial morphology.
We could show that there is no difference of intracellular mitochondrial content comparing cells expressing wild-type GATM (LLC-PK1WT) and cells expressing mutant GATM (LLC-PK1T336A). However, further examinations showed that the mutation tends to result in a slightly reduced mitochondrial membrane potential in LLC-PK1T3346A. This could be due to reduced mitochondrial turnover, leading to aged mitochondria in LLC-PK1T336A. As seen previously, mROS production was increased in LLCPK1T336A, whereas no difference was seen comparing the amount of produced intracellular ROS. This could be caused by a higher antixodative capacity seen in increased mRNA-expression of L-FABP1. It remains unclear whether the elongated mitochondria can be autophagocytized. Prior genetic analysis showed a higher mRNA expression of subunits of V-ATPase in LLC-PK1T336A. Comparing the intracellular quantity of lysosomes, no difference could be found between LLC-PK1WT and LLCP-K1T336A. Until now, the reason for increased mRNA-expression of subunits of V-ATPase in LLC-PK1T336A remains unclear.
In prior research (Reichold et al., 2018) the following pathomechanism was postulated: The increased ROS production in mutated cells acts as an inflammatory trigger and could lead to earlier apoptosis of proximal tubular cells. Further examinations could analyze a possible positive effect using mitochondrial targeted antioxidants to reduce mROS and thus slow the progression of renal insufficiency.
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