| License: Creative Commons Attribution 4.0 (8MB) |
- URN to cite this document:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-512032
- DOI to cite this document:
- 10.5283/epub.51203
| Item type: | Thesis of the University of Regensburg (PhD) |
|---|---|
| Open Access Type: | Primary Publication |
| Date: | 17 December 2021 |
| Referee: | Prof. Dr. Jens Schlossmann |
| Date of exam: | 25 November 2021 |
| Institutions: | Chemistry and Pharmacy > Institute of Pharmacy > Pharmacology and Toxicology (Prof. Schlossmann, formerly Prof. Seifert) |
| Keywords: | Diabetische Nephropathie; sGC-Aktivator; Mesangialzellen |
| Dewey Decimal Classification: | 600 Technology > 615 Pharmacy |
| Status: | Published |
| Refereed: | Yes, this version has been refereed |
| Created at the University of Regensburg: | Yes |
| Item ID: | 51203 |
Abstract (German)
Die Anzahl der Patienten, die an Diabetes mellitus erkranken und als Langzeitfolge eine diabetische Nephropathie (DN) entwickeln, steigt stetig. Weltweit stellt die DN die Hauptursache der terminalen Niereninsuffizienz dar, die im ungünstigsten Fall eine Dialy-se-Therapie oder Nierentransplantation notwendig macht. Bis heute existieren immer noch keine zielgerichteten Behandlungsmöglichkeiten für ...
Abstract (German)
Die Anzahl der Patienten, die an Diabetes mellitus erkranken und als Langzeitfolge eine diabetische Nephropathie (DN) entwickeln, steigt stetig. Weltweit stellt die DN die Hauptursache der terminalen Niereninsuffizienz dar, die im ungünstigsten Fall eine Dialy-se-Therapie oder Nierentransplantation notwendig macht. Bis heute existieren immer noch keine zielgerichteten Behandlungsmöglichkeiten für die DN. Als Standardtherapie erhalten die Patienten im Allgemeinen Inhibitoren des Renin-Angiotensin-Aldosteron-Systems, welche den Progress der Erkrankung zwar verlangsamen aber nicht zu einer Heilung füh-ren.
In verschiedenen Studien konnte bereits gezeigt werden, dass die Aktivierung der NO/sGC/cGMP-Signalkaskade durch sGC-Aktivatoren effektiv diabetesinduzierte Nieren-schädigungen verhindern konnte. Aus diesem Grund wurde in dieser Arbeit untersucht, ob der sGC-Aktivator Cinaciguat einen protektiven Einfluss auf die Entwicklung der DN in einem murinen Typ-1-Diabetesmodell hat.
Hierfür wurden sowohl diabetische Wildtyp- als auch eNOS-KO-Mäuse in einem Zeitraum von acht oder zwölf Wochen untersucht. Die Hälfte der Tiere erhielt in den letzten vier Wochen des jeweiligen Versuchszeitraums zudem Cinaciguat über das Futter verabreicht.
Insbesondere eNOS-KO-Mäuse nach zwölf Wochen Diabetes entwickelten deutliche Merkmale einer humanen DN, wie eine reduzierte glomeruläre Filtrationsrate, erhöhte Se-rum-Kreatininspiegel, Albuminurie, Expansion des Mesangiums und Nierenfibrose. In Tie-ren, die zusätzlich Cinaciguat erhalten haben, konnte diese Nierenschädigung jedoch er-folgreich reduziert werden.
Um außerdem einen detaillierteren Einblick in die zugrundeliegenden molekularen Mecha-nismen zu erhalten, wurde zusätzlich die Expression verschiedener Signalproteine der sGC/cGMP/PKG-Signalkaskade im Nierengewebe aber auch in primären Mesangialzellen analysiert. Erstmals wurde beispielsweise die Expression der Phosphodiesterase (PDE) 9a in der diabetischen Niere analysiert, wobei eine signifikante Reduktion dieses Enzyms festgestellt werden konnte. Auch Thrombospondin 1 (TSP1) wurde genauer untersucht. Als Regulator des Zytokins TGFβ, nimmt TSP1 eine Schlüsselfunktion in fibrotischen Nie-renerkrankungen ein. Sowohl in den diabetischen Nieren als auch in den mit Glukose sti-mulierten Mesangialzellen konnten deutlich erhöhte TSP1-Level beobachtet werden. Die pharmakologische Aktivierung der sGC/cGMP/PKG-Signalkaskade mit Cinaciguat oder 8-Br-cGMP konnte diese Expressionszunahme jedoch zuverlässig hemmen.
Durch weitere Zellkulturversuche mit PKG-KO-MCs wurde schließlich untersucht, ob die regulatorischen Effekte auf die TSP1-Expression eventuell durch die PKGs vermittelt wer-den. In diesem Zusammenhang wurde zum ersten Mal überhaupt nachgewiesen, dass neben der PKGI auch die PKGII in Mesangialzellen exprimiert wird. Da die Reduktion der TSP1 mit Cinaciguat und 8-Br-cGMP jedoch sowohl in PKGI-KO als auch in PKGII-KO-Zellen weiterhin detektierbar war, wurde postuliert, dass möglicherweise beide Isoformen der PKG in Kombination an der Regulation der TSP1 beteiligt sind.
Zusammengefasst konnte in dieser Dissertation gezeigt werden, dass die pharmakologische Aktivierung der NO/sGC/PKG-Signalkaskade mit Cinaciguat einen protektiven Effekt auf die Niere unter hyperglykämischen Bedingungen hat. sGC-Aktivatoren stellen somit grundsätzlich eine vielversprechende Therapieoption für die DN dar. Des Weiteren konnten neue Einblicke in zugrundeliegenden molekularen Mechanismen gewonnen werden, die dazu beitragen, die diabetische Nierenerkrankung besser zu verstehen.
Translation of the abstract (English)
The number of patients struggling with diabetes mellitus (DM) and consequently with its long-term complication diabetic nephropathy (DN) is steadily rising. Today, DN is the leading cause for end-stage renal disease worldwide, which might require dialysis and renal replacement therapy. Until now, there is no specific therapy available. Standard treatment with inhibitors of the renin-angiotensin ...
Translation of the abstract (English)
The number of patients struggling with diabetes mellitus (DM) and consequently with its long-term complication diabetic nephropathy (DN) is steadily rising. Today, DN is the leading cause for end-stage renal disease worldwide, which might require dialysis and renal replacement therapy. Until now, there is no specific therapy available. Standard treatment with inhibitors of the renin-angiotensin system just slows down progression and does not cure the disease. Targeting the NO/sGC/cGMP pathway using sGC activators has been shown previously to effectively prevent kidney damage. Thus, in this thesis, it was investi-gated if the sGC activator cinaciguat shows beneficial effects on kidney impairments in a type 1 diabetes mouse model.
Therefore, diabetic wild type (WT) and endothelial NO synthase knockout (eNOS KO) mice were analyzed after eight or twelve weeks observation time. Additionally, half of these mice received cinaciguat incorporated into their chow in the last four weeks of each observation period. Particularly, 12 weeks DM eNOS KO mice developed most character-istics of a human DN, like a reduced glomerular filtration rate, increased serum creatinine, albuminuria, mesangial cell expansion and kidney fibrosis. However, animals which further received cinaciguat showed markedly decreased kidney impairments.
To get a more detailed insight into the underlying molecular mechanisms, the expression of various signaling proteins of the sGC/cGMP/PKG pathway was analyzed in kidney tissue but also in primary mesangial cells (MCs). For example, the expression of phosphodiester-ase (PDE) 9a in diabetic kidneys was analyzed for the first time, and a significant reduc-tion in this enzyme was found.
Furthermore, Thrombospondin 1 (TSP1) a regulator of the cytokine TGFβ and key media-tor in fibrotic kidney diseases, was examined more closely. Significantly increased TSP1 levels were observed both in diabetic kidneys and high glucose-stimulated mesangial cells. The pharmacological activation of the sGC/cGMP/PKG signaling cascade with cinaciguat or 8-Br-cGMP could, however, reliably inhibit this increase in expression.
By means of further cell culture experiments with PKG-KO-MCs, it was finally investigat-ed whether the regulatory effects on TSP1 expression are possibly mediated by the PKGs. In this context, it was also demonstrated for the first time that PKGII is expressed in mesangial cells. Since the reduction of TSP1 with cinaciguat and 8-Br-cGMP was still de-tectable in both PKGI-KO and PKGII-KO cells, it was postulated that both isoforms of PKG in combination may be involved in the regulation of TSP1.
In summary, this thesis showed that the pharmacological activation of the NO/sGC/PKG signaling cascade with cinaciguat has protective effects on the kidneys under hyperglyce-mic conditions. In principle, sGC activators are a promising therapeutic option for DN. Fur-thermore, new insights into the underlying molecular mechanisms could be gained, which may contribute to a better understanding of diabetic kidney disease.
Metadata last modified: 17 Dec 2021 08:59
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