Dynamics of Renal Electrolyte Excretion in Growing Mice

Genetically modified mice represent important models for elucidating renal pathophysiology, but gene deletions frequently cause severe failure to thrive. In such cases, the analysis of the phenotype is often limited to the first weeks of life when renal excretory function undergoes dramatic physiological changes. Here, we investigated the postnatal dynamics of urinary ion excretion in mice. The profiles of urinary electrolyte excretion of mice were examined from birth until after weaning using an automated ion chromatography system. Postnatally, mice grew about 0.4 g/day, except during two phases with slower weight gain: (i) directly after birth during adaptation to extrauterine conditions (P0-P2) and (ii) during the weaning period (P15-P21), when nutrition changed from mother's milk to solid chow and water. During the first 3 days after birth, remarkable changes in urinary Na+, Ca2+, Mg2+, and phosphate concentrations occurred, whereas K+ and Cl- concentrations hardly changed. From days 4-14 after birth, Na+, Ca2+, Mg2+, K+, and Cl- concentrations remained relatively stable at low levels. Urinary concentrations of creatinine, NH4+, phosphate, and sulfate constantly increased from birth until after weaning. Profiles of salt excretion in KCNJ10-/- mice exemplified the relevance of age-dependent analysis of urinary excretion. In conclusion, the most critical phases for analysis of renal ion excretion during the first weeks of life are directly after birth and during the weaning period. The age dependence of urinary excretion varies for the different ions. This should be taken into consideration when the renal phenotype of mice is investigated during the first weeks of life

State-Dependent Network Connectivity Determines Gating in a K+ Channel

YesX-ray crystallography has provided tremendous insight into the different structural states of membrane proteins and, in particular, of ion channels. However, the molecular forces that determine the thermodynamic stability of a particular state are poorly understood. Here we analyze the different X-ray structures of an inwardly rectifying potassium channel (Kir1.1) in relation to functional data we obtained for over 190 mutants in Kir1.1. This mutagenic perturbation analysis uncovered an extensive, state-dependent network of physically interacting residues that stabilizes the pre-open and open states of the channel, but fragments upon channel closure. We demonstrate that this gating network is an important structural determinant of the thermodynamic stability of these different gating states and determines the impact of individual mutations on channel function. These results have important implications for our understanding of not only K+ channel gating but also the more general nature of conformational transitions that occur in other allosteric proteins.Wellcome Trus

Epilepsy in kcnj10 Morphant Zebrafish Assessed with a Novel Method for Long-Term EEG Recordings.

We aimed to develop and validate a reliable method for stable long-term recordings of EEG activity in zebrafish, which is less prone to artifacts than current invasive techniques. EEG activity was recorded with a blunt electrolyte-filled glass pipette placed on the zebrafish head mimicking surface EEG technology in man. In addition, paralysis of agarose-embedded fish using D-tubocurarine excluded movement artifacts associated with epileptic activity. This non-invasive recording technique allowed recordings for up to one hour and produced less artifacts than impaling the zebrafish optic tectum with a patch pipette. Paralyzed fish survived, and normal heartbeat could be monitored for over 1h. Our technique allowed the demonstration of specific epileptic activity in kcnj10a morphant fish (a model for EAST syndrome) closely resembling epileptic activity induced by pentylenetetrazol. This new method documented that seizures in the zebrafish EAST model were ameliorated by pentobarbitone, but not diazepam, validating its usefulness. In conclusion, non-invasive recordings in paralyzed EAST syndrome zebrafish proved stable, reliable and robust, showing qualitatively similar frequency spectra to those obtained from pentylenetetrazol-treated fish. This technique may prove particularly useful in zebrafish epilepsy models that show infrequent or conditional seizure activity

Untersuchungen zur Bedeutung der 2-P-Domänen-Kaliumkanäle TASK1 und TASK3 für die Funktion der Nebenniere

In der vorliegenden Arbeit wurde untersucht, welche Konsequenzen die genetische Deletion der 2-P-Domänen-Kaliumkanäle TASK1 bzw. TASK3 für Regulation der Aldosteronsekretion in der Nebenniere der Maus hat. Das Mineralokortikoid Aldosteron wird in der Zona glomerulosa der Nebennierenrinde gebildet und hat großen Einfluss auf den Wasser- und Elektrolythaushalt. Störungen der Mineralokortikoid-Homöostase können zu krankhaften Veränderungen wie Bluthochdruck führen. Die Stimulation der Aldosteronsekretion durch Angiotensin II (Ang II) und hohes Plasma K+ hängt von einer hohen K+-Hintergrundleitfähigkeit der Glomerulosazellen ab. Bisherige Daten aus der Literatur sprachen dafür, dass TASK1 und TASK3 durch Ang II gehemmt werden und maßgeblich das Membranpotential der Glomerulosazellen bestimmen. Während dieser Hypothese Zellkultur-Experimente zugrunde lagen, bot die Untersuchung der Knockout-Mäuse die Möglichkeit, die Bedeutung dieser K+-Kanäle für die Funktion der Nebenniere auch in vivo aufzuklären. Adulte task1-/- Mäuse wiesen einen ausgeprägten Hyperaldosteronismus auf, der auf das weibliche Geschlecht beschränkt war und nicht durch physiologische Regulatoren der Aldosteronsekretion, die über verschiedene Salzdiäten stimuliert wurden, beeinflusst werden konnte. Dieser primäre (Renin-unbhängige) Hyperaldosteronismus führte zu einer Hypertension und einer verstärkten Aktivierung des epithelialen Na+-Kanals (ENaC). Die Normalisierung des Blutdrucks durch Behandlung mit dem Mineralokortikoidrezeptor-Blocker Canrenoat spricht für eine erhöhte Na+-Reabsorption mit nachfolgender Volumen¬expansion als Ursache dieser Hypertension. Immunfluoreszenzfärbungen mit Hilfe eines Antikörpers gegen die Aldosteronsynthase zeigten einen geschlechtsabhängigen Einfluss der TASK1-Deletion auf die Lokalisation der Aldosteronsynthase innerhalb der Nebennierenrinde: Während Wildtypmäuse und adulte männliche task1-/- Mäuse eine normale Zonierung der Nebenniere mit Expression der Aldosteronsynthase in der Zona glomerulosa aufwiesen, fehlte bei weiblichen task1-/- Mäusen die Aldosteronsynthase in der Zona glomerulosa und wurde stattdessen in tieferen kortikalen Zellschichten (überwiegend Zona fasciculata) exprimiert. Demnach scheint die Ursache für den primären Hyperaldosteronismus der weiblichen task1-/- Mäuse in der gestörten Zonierung der Nebenniere und dem gleichzeitigem Verlust der normalen Regulation der Aldosteronsekretion zu liegen. Weitere Untersuchungen unterstreichen die Bedeutung der Geschlechtshormone: Die Dezonierung der Nebenniere bestand bei task1-/- Mäusen vor der Pubertät geschlechtsunabhängig. Kastrierte männliche task1-/- Mäuse waren nicht mehr in der Lage, eine normale Zonierung auszubilden. Eine Testosteronbehandlung führte bei weiblichen task1-/- Mäusen zur Aufhebung der Dezonierung. Elektro¬physiologische Untersuchungen an primär kultivierten adrenokortikalen Zellen mit Hilfe der Patch-Clamp-Technik sprechen dafür, dass andere K+-Kanäle (z.B. TASK3 oder TREK1) die TASK1-Deletion bei adulten männlichen Mäusen kompensieren. Der Hyperaldosteronismus der weiblichen task1-/- Mäuse konnte durch Behandlung mit Glucocorticoiden aufgehoben werden. Möglicherweise spielen Veränderungen der TASK1 Expression auch bei der Entstehung einer bisher noch unverstandenen Form des Glucocorticoid-supprimierbaren Hyperaldosteronismus beim Menschen eine Rolle. Die Untersuchung der task3-/- Mäuse zeigte, dass TASK3 ebenfalls an der Ausbildung einer normalen Nebennierenfunktion beteiligt ist: Bei adulten Mäusen verursachte die TASK3-Deletion eine abgeschwächte Stimulierbarkeit der Aldosteronsekretion durch hohes Plasma K+. Junge task3-/- Mäusen wiesen einen geschlechtsunabhängigen Hyperaldosteronismus auf, der - im Gegensatz zu den task1-/- Mäusen - nicht durch eine Zonierungsstörung der Nebenniere verursacht wurde. Die erhobenen Daten unterstreichen die Bedeutung von TASK1 und TASK3 für die normale Regulation der Aldosteronsekretion. Mit dem Nachweis der von TASK1 determinierten Zonierung der Nebenniere konnte eine bisher in dieser Form unbekannte Funktion von Kaliumkanälen aufgedeckt werden. Die Ergebnisse dieser Arbeit weisen außerdem auf eine mögliche Beteiligung von TASK1 und TASK3 an der Entstehung krankhafter Veränderungen des Mineralokortikoidhaushalts beim Menschen hin

Antibiotikatherapie auf Intensivstationen - Häufigkeit, Entscheidungskriterien und Komplikationen beim Einsatz

In der hier vorgestellten Studie wurden die Häufigkeit, Dauer und Indikationen der antimikrobiellen Therapie auf den internistischen Intensivstationen der Universitätsklinik Regensburg untersucht. Zu diesem Zweck wurden prospektiv Daten aus den aktuellen Intensivkurven der Patienten erhoben, die im Zeitraum vom 01.06.2003 bis 30.11.2003 auf den Intensivstationen der Medizinischen Kliniken I und II behandelt wurden. Fehlende Daten wurden im Anschluss an den Erhebungszeitraum retrospektiv im Patientenarchiv der Universität Regensburg vervollständigt. Auf diese Weise konnten 143 Patienten erfasst werden, welche im Beobachtungszeitraum behandelt worden waren und die Studienkriterien erfüllten. In unserer Studie wurden 90% der Patienten mit Antibiotika behandelt. Diese Zahl ist wesentlich höher als die Zahlen anderer Studien. Im Vergleich zwischen Patienten mit und ohne Antibiotikatherapie zeigt sich, dass 74% der mit Antibiotika behandelten Patienten intubiert waren, während nur 7,1% der nicht intubierten Patienten ein Antibiotikum benötigten. Der Vergleich der CRP-Werte und der Punktwerte im SOFA-Score ergab, dass die Patienten mit Antibiotikatherapie schon bei Aufnahme einen deutlich schlechteren Allgemeinzustand aufwiesen. Wir konnten die längere Verweildauer für Patienten mit Antibiotikatherapie, die in anderen Studien gefunden worden war, bestätigen; eine signifikant erhöhte Mortalität konnten wir jedoch nicht finden. 29 % der Patienten wurden länger als 14 Tage mit Antibiotika behandelt und 9 % sogar länger als 28 Tage. Zur Vermeidung zu langer Behandlungen, sollten in weiteren Studien Stopp-Regeln für Antibiotikatherapien klinisch evaluiert werden. Als Indikation für die Antibiotikatherapie bekamen in unserer Studie 66% der Patienten die Therapie aufgrund einer klinisch gesicherten Infektion. Wie in anderen Studien, war auch in unserer Studie die Pneumonie mit 45% die häufigste Infektion. In 16% der Fälle war ein Anstieg der Entzündungsparameter ausschlaggebend und in 9% lag bereits zu Therapiebeginn ein Antibiogramm vor. Bei 44% der behandelten Patienten musste die antibiotische Therapie im Verlauf, meist schon innerhalb der ersten vier Tage, umgestellt werden. Gründe dafür waren in 22% ein erneuter Anstieg der Entzündungsparameter, in 15% keine klinische Verbesserung und in 9% der behandelten Patienten machte das Antibiogramm eine Umstellung nötig. In 4% der Fälle waren die Kriterien nicht mehr ermittelbar. Im Vergleich zu Patienten ohne Therapieumstellung zeigten die Patienten mit Umstellung der antibiotischen Therapie am vierten Tag nach Therapiebeginn deutlich höhere Entzündungswerte und Punktwerte im SOFA-Score. Sie mussten deutlich häufiger intubiert werden und auch signifikant länger auf der Intensivstation behandelt werden. Dieser Punkt zeigt, wie wichtig schon zu Therapiebeginn eine adäquate Antibiotikatherapie ist. Um neue Strategien zum Einsatz von Antibiotika auf den Intensivstationen zu entwickeln, wäre es hilfreich weitere Studien dieser Art durchzuführen und dabei auch die chirurgischen Fachgebiete in die Betrachtung mit einzubeziehen. Außerdem wäre es für ähnliche Studien sinnvoll die Gründe, welche zur Antibiotikatherapie führen genauer in den Patientenakten zu dokumentieren, um dadurch die Entscheidungswege nachvollziehbar zu machen. Nur so können neue Therapiealgorithmen für den Einsatz von Antibiotika entwickelt werden

Collecting system–specific deletion of Kcnj10 predisposes for thiazide- and low-potassium diet–induced hypokalemia

The basolateral potassium channel KCNJ10 (Kir4.1), is expressed in the renal distal convoluted tubule and controls the activity of the thiazide-sensitive sodium chloride cotransporter. Loss-of-function mutations of KCNJ10 cause EAST/SeSAME syndrome with salt wasting and severe hypokalemia. KCNJ10 is also expressed in the principal cells of the collecting system. However, its pathophysiological role in this segment has not been studied in detail. To address this, we generated the mouse model AQP2cre:Kcnj10flox/flox with a deletion of Kcnj10 specifically in the collecting system (collecting system-Kcnj10-knockout). Collecting system-Kcnj10-knockout mice responded normally to standard and high potassium diet. However, this knockout exhibited a higher kaliuresis and lower plasma potassium than control mice when treated with thiazide diuretics. Likewise, collecting systemKcnj10-knockout displayed an inadequately high kaliuresis and renal sodium retention upon dietary potassium restriction. In this condition, these knockout mice became hypokalemic due to insufficient downregulation of the epithelial sodium channel (ENaC) and the renal outer medullary potassium channel (ROMK) in the collecting system. Consistently, the phenotype of collecting system-Kcnj10-knockout was fully abrogated by ENaC inhibition with amiloride and ameliorated by genetic inactivation of ROMK in the collecting system. Thus, KCNJ10 in the collecting system contributes to the renal control of potassium homeostasis by regulating ENaC and ROMK. Hence, impaired KCNJ10 function in the collecting system predisposes for thiazide and low potassium diet-induced hypokalemia and likely contributes to the pathophysiology of renal potassium loss in EAST/SeSAME syndrome