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- URN to cite this document:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-582750
- DOI to cite this document:
- 10.5283/epub.58275
| Item type: | Thesis of the University of Regensburg (PhD) |
|---|---|
| Open Access Type: | Primary Publication |
| Date: | 17 May 2024 |
| Referee: | Prof. Dr. Charlotte Wagner |
| Date of exam: | 16 May 2024 |
| Institutions: | Biology, Preclinical Medicine > Institut für Physiologie Biology, Preclinical Medicine > Institut für Physiologie > Prof. Dr. Armin Kurtz |
| Keywords: | NFAT, LCN2, Nierenfibrose |
| Dewey Decimal Classification: | 500 Science > 500 Natural sciences & mathematics 600 Technology > 610 Medical sciences Medicine |
| Status: | Published |
| Refereed: | Yes, this version has been refereed |
| Created at the University of Regensburg: | Yes |
| Item ID: | 58275 |
Abstract (German)
Der Nuclear factor of activated T-cells type 5 (NFAT5) – in der Literatur auch als OREBP oder TonEBP bezeichnet – stellt einen wichtigen osmoprotektiven Faktor in der Niere dar. Um die Harnkonzentrierung sicherzustellen ist in der Niere ein Osmolaritätsgradient aufgebaut, der an der Nierenrinde ca. 290 mosmol/l und an der Papillenspitze bis zu 1300 mosmol/l betragen kann. Dieser ...
Abstract (German)
Der Nuclear factor of activated T-cells type 5 (NFAT5) – in der Literatur auch als OREBP oder TonEBP bezeichnet – stellt einen wichtigen osmoprotektiven Faktor in der Niere dar. Um die Harnkonzentrierung sicherzustellen ist in der Niere ein Osmolaritätsgradient aufgebaut, der an der Nierenrinde ca. 290 mosmol/l und an der Papillenspitze bis zu 1300 mosmol/l betragen kann. Dieser Osmolaritätsgradient stellt insbesondere die Zellen des Nierenmarks vor besondere Herausforderungen. Die hohe hyperosmolare Situation im Interstitium des Nierenmarks, vor allem in der Papille, würde ohne Schutzmechanismen zum massiven Wasserentzug der renalen Zellen und damit zu deren Funktionsverlust/Apoptose führen. Damit diese Zellen den
hypertonen Bedingungen dennoch standhalten können, fördert NFAT5 die
Transkription verschiedener Gene, wie zum Beispiel die Aldose-Reduktase, Betain-Transporter, Natrium-Myoinositol-Cotransporter und Natrium/Chlorid-abhängige Taurin-Transporter. Somit bedingt NFAT5 eine Erhöhung von osmotisch aktiven Molekülen, wie Sorbitol, Myoinositol, Betain, Taurin und Glycerophosphocholin in renalen Zellen. Dieser Konzentrationsanstieg der Osmolyte vermindert den osmotischen Druck an der Zellwand und schützt die Zellen vor hypertonem Stress.
Aus der Literatur ist bereits bekannt, dass die globale Deletion von NFAT5 zu
schweren renalen Entwicklungsdefekten führt. Da NFAT5 in verschiedenen
Zellkompartimenten der Niere exprimiert wird, sollte nun herausgefunden werden, welchen Zellen bei der Entwicklung der Niere diese NFAT5 abhängigen Defekte zuzuordnen sind. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Bedeutung des Transkriptionsfaktors NFAT5 in FoxD1 Stromazellabkömmlingen für die Nierenentwicklung genauer zu erforschen.
Deswegen wurde, mit Hilfe eines Mausmodells, in dem NFAT5 selektiv bereits in der embryonalen Phase im Stromazellkompartiment der Niere, aus dem die glatten Gefäßmuskelzellen, Mesangialzellen, Reninzellen und interstitielle Zellen hervorgehen, fehlt (NFAT5 flfl FoxD1Cre+), in Bezug auf die Entwicklung und die Funktion der Niere analysiert.
Dafür wurde zunächst die Verteilung von NFAT5 in der wildtypischen Niere untersucht. Es zeigte sich ein Gradient von NFAT5, welcher vom Cortex, über die äußere Medulla bis hin zur Papille deutlich zunimmt. Dabei wurde festgestellt, dass NFAT5 in allen Zellen des FoxD1-Kompartiments, mit Ausnahme der glatten Muskelzellen, vorkommt. Außerdem wurden die Auswirkungen der Deletion von NFAT5 im Stromakompartiment auf die Nierenentwicklung betrachtet. Um zu überprüfen, ob Zellen, die sich aus FoxD1-positiven Stromazellen entwickeln, für diese Entwicklungsdefekte verantwortlich sind, wurde die renale Entwicklung in FoxD1Cre+-NFAT5 flfl Mäusen untersucht. Die Nieren der Tiere mit NFAT5 Deletion in Stromazellen zeigten eine normale Entwicklung, eine ähnliche Größe und Anzahl der Glomeruli sowie eine ähnliche Breite von Cortex, äußerer und innerer Medulla wie die Wildtyp-Nieren.
Vorbefunde der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Charlotte Wagner zeigten bereits, dass die Deletion von NFAT5 im renalen Stromazellkompartiment von Mäusen zu einer verminderten Harnosmolarität bereits unter basalen Bedingungen führt, während die glomeruläre Filtrationsrate und die Bestimmung der Retentionsparameter Plasma-Kreatinin und Plasma-Harnstoff keine Unterschiede zu den wildtypischen Kontrollen zeigten. Aus diesem Grund wurde, in der vorliegenden Arbeit, die Expression von profibrotischen und proinflammatorischen Markern sowie die Entwicklung von Myofibroblasten untersucht, da die obengenannten Vorbefunde auf Defekte hinweisen
könnten, die vor allem das Nierenmark betreffen.
Dabei wurde bei den FoxD1Cre+-NFAT5 flfl Mäusen ein signifikanter Anstieg der Expression profibrotischer Gene wie Col1a1 und Fibronektin, vor allem in der Papille, deutlich. Im Hinblick auf die Expression proinflammatorischer Gene wie F4/80 konnte unter basalen Bedingungen kein signifikanter Unterschied, lediglich eine tendenzielle Erhöhung, in den Knockout-Nieren gesehen werden. Zudem zeigten sich weder in der Wildtyp- noch in der Knockout-Niere Anzeichen für eine verstärkte Myofibroblastenbildung.
In weiteren Versuchen wurde die Rolle von NFAT5 für die Progression einer
Nierenfibrose mittels einer unilateralen Ureterobstruktion erforscht.
Es zeigte sich, dass die Deletion des Transkriptionsfaktors NFAT5 in FoxD1-positiven Zellen den Verlauf einer experimentell herbeigeführten Nierenfibrose nicht beeinflusst, da die Mäuse, die lediglich eine Ureterobstruktion erhielten im Vergleich zu den Mäusen bei denen zusätzlich zur Ureterligatur NFAT5 in FoxD1-positiven Zellen fehlte, im Hinblick auf profibrotische und proinflammatorische Gene sowie in Bezug auf die Makrophagen und den Schädigungsmarker LCN2 keine Unterschiede aufwiesen.
Zusammenfassend lässt sich somit feststellen, dass das Fehlen von NFAT5 in den interstitiellen Zellen, insbesondere des Nierenmarks, bereits unter basalen Bedingungen zu Fibrose-ähnlichen Veränderungen führt, die offensichtlich die Funktion des Marks beeinflussen, da die Nieren dieser Tiere schlechter Harn konzentrieren können, weshalb folglich die Harnosmolarität vermindert ist. Allerdings hat die Deletion des Transktiptionsfaktors NFAT5 für die Progression einer Nierenfibrose keine wesentliche Bedeutung.
Translation of the abstract (English)
The Nuclear factor of activated T-cells type 5 (NFAT5) – described in the literature as OREBP or TonEBP – represents an important osmoprotectiv factor in the kidney. To ensure urine concentration an osmolarity gradient is established in the kidney, which can be about 290 mosmol/l at the renal cortex and up to1300 mosmol/l at the papillary tip. This osmolarity gradient poses particular ...
Translation of the abstract (English)
The Nuclear factor of activated T-cells type 5 (NFAT5) – described in the literature as OREBP or TonEBP – represents an important osmoprotectiv factor in the kidney. To ensure urine concentration an osmolarity gradient is established in the kidney, which can be about 290 mosmol/l at the renal cortex and up to1300 mosmol/l at the papillary tip. This osmolarity
gradient poses particular challenges to the cells of the renal medulla in particular. Without protective mechanisms, the high hyperosmolar situation in the interstitium of the renal medulla, especially in the papilla, would lead to massive dehydration of the renal cells and thus to their loss of function/apoptosis. Nevertheless, for these cells to endure the hypertonic conditions, NFAT5 promotes the transcription of several genes, such as aldose-reductase, betaine-transporters, sodium-myoinositol cotransporters and sodium/chloride-dependent taurine-transporters. For this reason, NFAT5 causes an increase in osmotically active molecules, for instance sorbitol, myoinositol, betaine, taurine and glycerophosphocholine in renal cells. This increase in concentration of osmolytes reduces osmotic pressure at the cell wall and protects cells from hypertonic stress.
It is already known from literature that global deletion of NFAT5 leads to severe renal developmental defects. As NFAT5 is expressed in different cell compartments of the kidney, it should now be determined to which cells during kidney development these NFAT5-dependent defects are assigned. The aim of the present work was to investigate the role of the transcription factor NFAT5 in FoxD1 stromal cell derivatives for kidney development in more detail. Therefore a mouse model was used in which NFAT5 was selectively absent (NFAT5 flfl FoxD1Cre+) already in the embryonic phase in the stromal cell compartment of the kidney from which vascular smooth muscle cells, mesangial cells, renin cells and interstitial cells develop. This above described mouse model was analyzed in relation to kidney development and function.
Therefore the distribution of NFAT5 in the wild-type kidney was first examined. It revealed a gradient of NFAT5, which increases markedly from the cortex, through the outer medulla to the papilla. It was determined that NFAT5 is present in all cells of the FoxD1 compartment, except smooth muscle cells. In addition, the effects of NFAT5-deletion in the stromal compartment on renal development were considered. To test whether cells developed from FoxD1-positive stromal cells are responsible for these developmental defects, renal development was examined in FoxD1Cre+-NFAT5 flfl mice. Kidneys from animals with NFAT5-deletion in stromal cells showed normal development, similar size and number of glomeruli, and similar width of cortex, outer medulla and inner medulla as wild-type kidneys.
Previous findings of Prof. Dr. Charlotte Wagner`s research group have already showed that the deletion of NFAT5 in the renal stromal cell compartment of mice leads to a decreased urinary osmolarity even under basal conditions, whereas the glomerular filtration rate and the determination of the retention parameters plasma creatinine and plasma urea showed no differences to wild-type controls. For this reason, the expression of profibrotic and
proinflammatory markers as well as the development of myofibroblasts were investigated in the present study because the above-mentioned preliminary findings might indicate defects affecting the renal medulla in particular.
Here, a significant increase in the expression of profibrotic genes such as Col1a1 and fibronectin, especially in the papilla, was evident in FoxD1Cre+-NFAT5 flfl mice. With regard to the expression of proinflammatory genes such as F4/80, no significant difference, only a tendency of increase could be seen in the knockout kidneys under basal conditions. In addition, there was no intensified myofibroblast formation either in the wild-type or knockout kidney.
Further experiments explored the role of NFAT5 in the progression of renal fibrosis due to unilateral ureteral obstruction.
It was shown that the deletion of the transcription factor NFAT5 in FoxD1-positive cells has no influence on the progression of experimentally induced renal fibrosis, as the wild-type mice with ureteral obstruction showed no differences in relation to profibrotic and proinflammatory genes or in relation to macrophages and the damage marker LCN2 compared to NFAT5flfl Cre+ mice with ureteral ligation.
In conclusion, the lack of NFAT5 in the interstitial cells, especially of the renal medulla, already leads to fibrosis-like changes under basal conditions, which obviously affects the function of the medulla, because the kidneys of these animals concentrate urine less efficiently, and consequently urinary osmolarity is reduced. However, deletion of the transcription factor NFAT5 has no significant impact on the progression of renal fibrosis.
Metadata last modified: 17 May 2024 06:30
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