Charakterisierung perivaskulärer Renin-bildender Zellen in Abhängigkeit von der Salzdiät in Aldosteronsynthase Knockout Mäusen

Die Aspartylprotease Renin, welche von dem juxtaglomerulären Apparat der Niere freigesetzt wird, ist als Schlüsselenzym des Renin-Angiotensin-Aldosteron-Systems maßgeblich an der Homöostase des Salz- und Wasserhaushaltes und damit auch an der Regulation des Blutdrucks beteiligt. Unter normalen nicht-pathologischen Bedingungen sind nur wenige Renin-bildende Zellen typischerweise innerhalb der Media-Schicht der afferenten Arteriole an juxtaglomerulärer Position zu finden. Durch eine starke Stimulation des RAAS oder genetisch bedingte Defekte innerhalb der RAAS-Kaskade (z.B. bei einem Aldosteronsynthase Knockout), kann es hingegen zu einer Rekrutierung von Renin-bildenden Zellen kommen. Dies kann in Form einer Reninzellhyperplasie stattfinden. Dabei ordnen sich Renin-produzierende Zellen in mehrschichtigen Zelllagen um die präglomerulären Gefäße an. Es ist noch wenig über die Herkunft dieser zusätzlichen Renin-bildenden Zellen bekannt. Ziel dieser Arbeit war es, die Salzabhängigkeit dieser perivaskulären Renin-bildenden Zellen zu untersuchen, um einen Anhaltspunkt darüber zu erhalten, ob sie bei erhöhtem Bedarf an Renin (Niedrigsalzdiät) durch Proliferation bereits bestehender Renin-bildender Zellen neu entstehen oder ob sie durch Transformation aus anderen renalen Zelltypen hervorgehen können. Außerdem sollte geklärt werden, ob, bei vermindertem Bedarf an Renin (Hochsalzdiät), die perivaskulären Renin-bildenden Zellen durch Apoptose verschwinden, oder lediglich die Produktion von Renin einstellen. Es konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, dass potenziell zur Reninproduktion befähigte Zellen in Aldosteronsynthase Knockout Mäusen als Zellanlagen bereits vorhanden sein müssen. Dies zeigte sich zum einen an der Tatsache, dass die Änderung der Renin mRNA Abundanz, der Plasma-Renin-Konzentration sowie der Fläche präglomerulärer Renin-bildender Zellen und der Quantität des Reninproteins, in sehr kurzer Zeit nach Änderung der Salzzufuhr stattfand. Zum anderen wurden auch mit Renin koregulierte Gene, wie Connexin 40, Aldose-Ketose-Reduktase 1b7 oder Cyclooxygenase-2 in vergleichbarem Maße mit dem Reningen in Abhängigkeit von der Salzdiät koreguliert. Auch die Tatsache, dass die Renin mRNA Abundanz und die Reninsekretion auch nach längerer Zeit der salzbedingten Suppression wieder auf gleiche Weise reinduziert werden konnten, trägt zu der Annahme bei, dass die erhöhte Reninexpression und –synthese auf entsprechende bereits vorhandene Zellanlagen zurückzuführen ist. Dies wurde vor allem an der Methode der isoliert-perfundierten Niere deutlich, bei der die Reninsekretionsrate eines 14 und 28 Tage lang mit Hochsalzdiät supprimierten Tieres nach darauffolgender starker Stimulation des RAAS innerhalb von wenigen Minuten die gleiche Reninsekretionsrate erreichte, wie bei einem Tier, das eine Normalsalzdiät erhalten hatte. Dies deutet stark auf ein Vorhandenseinentsprechender Zellen hin, die zur Expression und Synthese von Renin fähig sind, und weniger auf Zellproliferation, da proliferierende Prozesse mehr Zeit in Anspruch nehmen würden. Außerdem konnte mit Hilfe eines Proliferationsassays gezeigt werden, dass innerhalb der Zellen, die der Reninzelllinie angehörten, unter Niedrigsalzdiät keine Proliferation stattfand. Dass diese Zellen unter Hochsalzdiät auch weiterhin erhalten blieben, konnte durch einen Apoptoseassay gezeigt werden. Dabei konnten in den Feldern der Reninzelllinie unter Hochsalzdiät keine apoptotischen Zellen gefunden werden. Auch die Tatsache, dass die Zellkerndichte unter Niedrigsalzdiät im Zeitverlauf abnahm und unter Hochsalzdiät zunahm, deutet darauf hin, dass sich die Anzahl der Kerne pro präglomerulärem Feld nicht veränderte, sondern, dass lediglich dessen Fläche zu- bzw. abnahm. Dieses Ergebnis wird bestärkt durch die immunhistochemische Färbung eines 6 Wochen lang mit Hochsalzdiät gefütterten Tieres, bei dem die GFP-positiven Felder der Reninzelllinie dicht gepackt waren mit DAPI-positiven Zellkernen. Aus dieser Abbildung ging außerdem deutlich hervor, dass nur noch vereinzelt Renin-positive Zellen im präglomerulären Bereich vorhanden waren, aber noch sehr viele Zellen, die GFP-positiv waren. Das bedeutet, dass diese GFP-positiven Zellen wahrscheinlich einmal Renin produziert haben, durch den verminderten Bedarf an Renin (Hochsalzdiät) die Reninproduktion allerdings eingestellt haben, und anschließend als eine Art „Reservezellen“ bestehen blieben. Interessanterweise ergab sich ein sehr ähnliches Bild für die immunhistochemische Färbung von Connexin 40, bei der ebenfalls nach 6-wöchiger Hochsalzdiät kaum noch Renin-positive Zellen aber noch viele Cx40-positive Zellen im präglomerulären Raum zu finden waren. Dies konnte auch durch die Bestimmung der Flächen der Renin- bzw. Cx40-positiven präglomerulären Zellfelder gezeigt werden. Dabei zeigte sich, dass nach lang andauernder Hochsalzdiät noch deutlich größere Cx40-positive Zellfelder im präglomerulären Raum vorhanden waren, verglichen mit den Renin-positiven Feldern. Dies lässt den Schluss zu, dass diese Zellen, die in der Aldosteronsynthase-defizienten Maus dazu fähig sind, bei Bedarf Renin zu produzieren, Zellen des extraglomerulären Mesangiums sein könnten. Die Tatsache, dass in den perivaskulären Confetti-positiven Feldern stets alle fluoreszierenden Proteine zu finden waren, deutet darauf hin, dass die Zellen wahrscheinlich nicht von einer einzigen gemeinsamen Vorläuferzelle bzw. Zellpopulation abstammen, sondern dass die Zellen eventuell aus verschiedenen Zellpopulationen hervorgegangen sind. Dies könnte wiederum bedeuten, dass sich unterschiedliche Zelltypen der Niere wie etwa extraglomeruläre Mesangialzellen oder interstitielle Zellen in perivaskuläre Renin-bildende Zellen umwandeln könnten

Albuminuria is associated with an increased prostasin in urine while aldosterone has no direct effect on urine and kidney tissue abundance of prostasin

The proteinase prostasin is a candidate mediator for aldosterone-driven proteolytic activation of the epithelial sodium channel (ENaC). It was hypothesized that the aldosterone-mineralocorticoid receptor (MR) pathway stimulates prostasin abundance in kidney and urine. Prostasin was measured in plasma and urine from type 2 diabetic patients with resistant hypertension (n = 112) randomized to spironolactone/placebo in a clinical trial. Prostasin protein level was assessed by immunoblotting in (1) human and rat urines with/without nephrotic syndrome, (2) human nephrectomy tissue, (3) urine and kidney from aldosterone synthase-deficient (AS(-/-)) mice and ANGII- and aldosterone-infused mice, and in (4) kidney from adrenalectomized rats. Serum aldosterone concentration related to prostasin concentration in urine but not in plasma. Plasma prostasin concentration increased significantly after spironolactone compared to control. Urinary prostasin and albumin related directly and were reduced by spironolactone. In patients with nephrotic syndrome, urinary prostasin protein was elevated compared to controls. In rat nephrosis, proteinuria coincided with increased urinary prostasin, unchanged kidney tissue prostasin, and decreased plasma prostasin while plasma aldosterone was suppressed. Prostasin protein abundance in human nephrectomy tissue was similar across gender and ANGII inhibition regimens. Prostasin urine abundance was not different in AS(-/-) and aldosterone-infused mice. Prostasin kidney level was not different from control in adrenalectomized rats and AS(-/-) mice. We found no evidence for a direct relationship between mineralocorticoid receptor signaling and kidney and urine prostasin abundance. The reduction of urinary prostasin in spironolactone-treated patients is most likely the result of an improved glomerular filtration barrier function and generally reduced proteinuria