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- URN to cite this document:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-540458
- DOI to cite this document:
- 10.5283/epub.54045
| Item type: | Thesis of the University of Regensburg (PhD) |
|---|---|
| Open Access Type: | Primary Publication |
| Date: | 13 April 2023 |
| Referee: | Prof. Dr. Frank Schweda |
| Date of exam: | 3 April 2023 |
| Additional Information (public): | Der Text dieser Arbeit ist unter einer CC-Lizenz CC-BY und darf weiter genutzt werden, die Bilder aber explizit nicht! |
| Institutions: | Biology, Preclinical Medicine > Institut für Physiologie > Prof. Dr. Frank Schweda |
| Keywords: | SGLT2-Inhibitor, Empagliflozin, Hypertrophie, Hypotrophie, Niere, Nephron, Zellkultur, MDCK-C7, LLC-PK1, M-1; SGLT2 inhibitor, empagliflozin, hypertrophy, hypotrophy, kidney, nephron, cell culture, , MDCK-C7, LLC-PK1, M-1 |
| Dewey Decimal Classification: | 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: | 54045 |
Abstract (German)
Verschiedene klinische Studien konnten einen nephroprotektiven Zusatznutzen einer Therapie mit SGLT2-Inhibitoren demonstrieren, welcher sich unabhängig von einer diabetischen Grunderkrankung zeigte. Die molekularen Mechanismen, die diese protektiven Effekte vermitteln, sind bisher aber noch weitgehend ungeklärt. Bei Wildtyp-Mäusen, die acht Wochen mit Empagliflozin behandelt worden waren, konnte ...
Abstract (German)
Verschiedene klinische Studien konnten einen nephroprotektiven Zusatznutzen einer Therapie mit SGLT2-Inhibitoren demonstrieren, welcher sich unabhängig von einer diabetischen Grunderkrankung zeigte. Die molekularen Mechanismen, die diese protektiven Effekte vermitteln, sind bisher aber noch weitgehend ungeklärt. Bei Wildtyp-Mäusen, die acht Wochen mit Empagliflozin behandelt worden waren, konnte eine Zunahme des Nierengewichts beobachtet werden. Unklar blieb jedoch, wodurch sich diese Anpassungsvorgänge erklären lassen. Erste Befunde zeigten schließlich eine vergrößerte Zellfläche in einzelnen Tubulussegmenten, wobei nicht differenziert werden konnte, ob es sich um eine Hypertrophie oder um eine Zellschwellung handelt. Im Rahmen dieser Arbeit sollte geklärt werden, ob eine mögliche Nierenhypertrophie indirekt - infolge der SGLT2-Inhibition im proximalen Tubulus - oder direkt - im Sinne einer unspezifischen Medikamentenwirkung in weiter distalen Tubulussegmenten - vermittelt wird. Um in vitro ein vereinfachtes Modell des Nephrons zu imitieren, wurden drei verschiedene Zelllinien kultiviert, die die Abschnitte proximaler und distaler Tubulus sowie Sammelrohr repräsentierten. Ziel des Versuchsaufbaus war es, eine segmentspezifische, direkte Wirkung einer SGLT2-Blockade durch Empagliflozin zu detektieren. Als Nachweis einer möglichen Hypertrophie wurde die Zunahme der Protein-DNA-Ratio, welche mittels Messung der DNA- beziehungsweise Proteinkonzentration berechnet wurde, im Vergleich zu Kontrollzellen definiert. Um die realen physiologischen Bedingungen in der Niere besser zu simulieren, erfolgte die Inkubation der Zellen nicht nur unter statischen Bedingungen, sondern teilweise auch unter Superfusionsbedingungen.
Dabei konnte bei Zellen des proximalen Tubulus (LLC-PK1) unter medikamentöser SGLT2-Inhibition eine Tendenz zur Hypotrophie im Sinne einer Abnahme der Protein-DNA-Ratio beobachtet werden, welche allerdings statistisch nicht signifikant war. Bei den verwendeten LLC-PK1-Zellen konnte - im Gegensatz zu Voruntersuchungen - durch Superfusion keine Hypertrophie induziert werden, jedoch zeichnete sich auch hier bei statisch inkubierten Kontrollzellen eine Tendenz zur Hypotrophie unter Empagliflozin-Behandlung ab. Diese Beobachtungen lassen sich möglicherweise durch die populäre „Workload“-Hypothese erklären.
Bei Zellen des distalen Tubulus (MDCK-C7) und Sammelrohres (M-1) zeigte sich kein Effekt einer Empagliflozin-Behandlung, die gemessene Protein-DNA-Ratio blieb unbeeinflusst. Die in vivo beobachtete renale Hypertrophie konnte in vitro nicht reproduziert werden. Somit muss davon ausgegangen werden, dass es sich dabei am ehesten um einen indirekt vermittelten Empagliflozin-Effekt handelt, vermutlich im Sinne einer kompensatorischen Hyperresorption in weiter distal gelegenen Nephronabschnitten.
Die Frage, durch welche Signalwege SGLT2-Inhibitoren auch bei Nierenerkrankungen nicht-diabetischer Genese nephroprotektiv wirken, konnte bis zum heutigen Tage nicht vollständig geklärt werden. Entscheidender Faktor scheint wohl eine Reduktion der pathologischen Hyperfiltration durch Reaktivierung des tubuloglomerulären Feedback-Mechanismus zu sein. Die vorliegende Arbeit konnte einen kleinen Beitrag zur Lösung dieser großen Fragestellung leisten, indem sie im Spiegel der aktuellen Literatur nahelegt, dass die Nephroprotektion unter SGLT2-Therapie am ehesten indirekt und nicht direkt vermittelt wird und sich mutmaßlich durch systemische Effekte im Gesamtsystem Niere auszeichnet.
Translation of the abstract (English)
Several clinical studies have demonstrated a nephroprotective benefit of SGLT2 inhibitor therapy independent of underlying diabetic disease. The molecular mechanisms mediating these protective effects are still widely unknown. An increase in kidney weight was observed in wild-type mice treated with empagliflozin over eight weeks. However, it remained unclear what leads to these adaptive ...
Translation of the abstract (English)
Several clinical studies have demonstrated a nephroprotective benefit of SGLT2 inhibitor therapy independent of underlying diabetic disease. The molecular mechanisms mediating these protective effects are still widely unknown. An increase in kidney weight was observed in wild-type mice treated with empagliflozin over eight weeks. However, it remained unclear what leads to these adaptive processes. Finally, initial results showed an increased cell area in individual tubule segments, although it could not be differentiated whether this was hypertrophy or cell swelling. The aim of this work was to clarify whether possible renal hypertrophy is mediated indirectly - as a result of SGLT2 inhibition in the proximal tubule - or directly - in terms of a nonspecific drug effect in more distal tubule segments. To mimic a simplified model of the nephron in vitro, three different cell lines were cultured representing the proximal and distal tubule and collecting tube sections. The aim of the experimental design was to detect a segment-specific direct effect of SGLT2 inhibition by empagliflozin. Evidence of possible hypertrophy was defined as the increase in protein-DNA ratio, which was calculated by measuring DNA and protein concentrations, respectively, compared with control cells. To better simulate the real physiological conditions in the kidney, the cells were incubated not only under static conditions, but also partially under superfusion conditions.
Thereby, a tendency to hypotrophy in the sense of a decrease in protein-DNA ratio was observed in cells of the proximal tubule (LLC-PK1) under drug SGLT2 inhibition, which, however, was not statistically significant. In contrast to previous studies, superfusion did not induce hypertrophy in the LLC-PK1 cells used, but a tendency to hypotrophy under empagliflozin treatment was also evident in statically incubated control cells. These observations may be explained by the popular workload hypothesis.
In cells of the distal tubule (MDCK-C7) and collecting tubule (M-1), there was no effect of empagliflozin treatment, and the measured protein-DNA ratio remained unaffected. The renal hypertrophy observed in vivo could not be reproduced in vitro. Thus, it must be assumed that this is most likely an indirectly mediated empagliflozin effect, presumably in terms of compensatory hyperresorption in more distal nephron segments.
The question through which signaling pathways SGLT2 inhibitors also have a nephroprotective effect in renal diseases of non-diabetic origin has not been fully clarified to date. The decisive factor seems to be a reduction of pathological hyperfiltration by reactivation of the tubuloglomerular feedback mechanism. The present work could make a small contribution to the solution of this major question by suggesting, in the light of the current literature, that nephroprotection under SGLT2 therapy is most likely mediated indirectly rather than directly and is presumably characterized by systemic effects in the overall renal system.
Metadata last modified: 13 Apr 2023 08:56
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