Genetische Charakterisierung der MWF-Ratte: Ein Rattenmodell zur Identifizierung genetischer Faktoren, die zu arterieller Hypertonie und Proteinurie führen

Abstract

Die Munich Wistar Frömter (MWF)-Ratte neigt zu einer spontanen Entwicklung einer arteriellen Hypertonie und einer ausgeprägten Albuminurie. Sie eignet sich deswegen aus klinischer Sicht als aussagekräftiges Tiermodell für die Humanmedizin, da Patienten mit arterieller Hypertonie und Albuminurie ein signifikant erhöhtes Risiko für kardiovaskuläre und renale Erkrankungen zeigen. Die phänotypische Charakterisierung männlicher MWF-Ratten ergab einen mittleren hypertensiven systolischen Blutdruck von 166,0+/-4,3 mmHg und eine durchschnittliche renale Albuminexkretion von 49,86+/-24,77 mg/24h. Bei weiblichen MWF-Tieren wurde dagegen nur eine leichte Hypertonie und erst mit zunehmendem Alter auch eine pathologische Albuminexkretion im Urin festgestellt. Als weitere phänotypische Auffälligkeit wurde im sog. Cortex Corticis der MWF-Niere eine signifikant erhöhte Anzahl subkapsulärer Glomeruli mit und ohne Kapselkontakt nachgewiesen. Bei der MWF-Ratte ist die angeborene signifikante Nephronreduktion nicht zwangsläufig mit salzsensitiver Hypertonie assoziiert. Eine 4%ige Natriumchlorid-Gabe im Futter beeinflußt in keiner Weise die Hypertonie- und Albuminurie-Entwicklung der Tiere. Erst die Verabreichung einer extremen Hochsalzdiät (8% NaCl) führt bei beiden Geschlechtern zu einer Salzsensitivität der Hypertonie und Albuminurie. Im Gegensatz zu den MWF-Männchen, manifestiert sich bei den leicht hypertensiven Weibchen erst mit steigendem Alter eine deutliche Albuminurie. Als mögliche Ursache wird ein glomerulärer Defekt in der Niere diskutiert. Nach den Ergebnissen der Kosegregations- bzw. Kopplungsanalyse sind die Phänotypen Hypertonie, Albuminurie und die Anzahl subkapsulärer Glomeruli mit und ohne Kapselkontakt, die insgesamt einem rezessivem Vererbungsmodus folgen, durch unterschiedliche genetische Faktoren bzw. Genloci determiniert. Sie werden nicht durch den Effekt eines einzelnen Gens (major gene effect) bzw. einer Mutation im Sinne eines pleiotropen Effektes hervorgerufen, sondern unterliegen komplexen genetischen Zusammenhängen, in die verschiedene Genloci involviert sind. Über die Kopplungsanalyse wurden für den polygen vererbten Phänotyp Albuminurie mindestens 4 verschiedene Quantitative Trait Loci (QTL) auf den Chromosomen 1, 6, 12 und 17 detektiert, die einem rezessiven Vererbungsmodus folgen. Es besteht eine komplizierte Interaktion unter den Albuminurie-QTL, von denen mindenstens drei Loci eine Homozygotie aufweisen müssen, um einen Anstieg der Albuminurie um ca. 10 mg/24h zu verursachen. Die Analysen ergaben signifikant positive, epistatische Interaktionen zwischen den Albumimurie-QTL UAE 2 und UAE 4. Darüber hinaus wurden über die Kopplungsanalyse für den Phänotyp Hypertonie mindestens drei verschiedene QTL auf den Ratten-Chromosomen 1, 4 und 5, für die Anzahl subkapsulärer Glomeruli ohne Kapselkontakt mindestens ein QTL auf dem X-Chromosom und für die Anzahl subkapsulärer Glomeruli mit Kapselkontakt mindestens zwei QTL auf den Chromosomen 1 und 13 identifiziert. Für die über die Kopplungsanalyse detektierten QTL wurden zahlreiche Ko-Lokalisationen mit differentiell exprimierten Genprodukten aus der cDNA-Subtraktion, mit differentiell exprimierten Transkripten aus der Mikroarray-Analyse und mit literaturbekannten Kandidatengenen nachgewiesen. Mit den Ergebnissen werden neue Einblicke in die Pathogenese von Herz-Kreislauf- und Nierenerkrankungen erwartet.

Hypertension and proteinuria are important risk factors for cardiovascular morbidity and mortality. The Munich Wistar Frömter (MWF) rat represents an animal model for the identification of genetic factors, leading to spontaneous hypertension and proteinuria. Male MWF rats demonstrated significantly elevated systolic blood pressure (SBP) values of 166.0+/-4.3 mmHg and an urinary albumin excretion (UAE) of 49.86+/-24.77 mg/24h as compared to normal Lewis rats. Female MWF animals showed somewhat lower systolic blood pressure values and normal albumin excretion rates compared to age matched male MWF rats. Moreover, MWF rats exhibit a significant number of surface glomeruli with and without direct renal surface contact in the cortex corticis region of the kidney. MWF rats are resistant to salt loading when fed a diet containing 4% NaCl. In contrast, after high NaCl treatment (8% NaCl) SBP was significantly higher in both male and female MWF compared to MWF under normal diet. UAE was also significantly higher in male and female MWF animals after high NaCl excess compared to normal diet. The results of the cosegregation and linkage analyses revealed that hypertension, increased urinary albumin excretion, and the presence of surface glomeruli are influenced by independent genetic loci, determined by a set of recessive genes. Total genome scan analysis identified four Quantitative Trait Loci (QTL) on rat chromosomes 1, 6, 12, and 17, respectively, linked to urinary albumin excretion. Further analysis showed that homozygosity at least at three QTL was necessary to achieve an elevation of mean urinary albumin excretion levels above 10 mg/24h in adult backcross animals. Moreover, linkage analysis indicated three independent blood pressure QTL on rat chromosome 1, 4, and 5, respectively. Independent loci influence the presence of superficial glomeruli without surface contact on the X-chromosome and with surface contact on chromosome 1 and 13. We performed comparative gene expression analysis by a PCR-based cDNA subtraction method and by microarray-technique and identified differentially expressed mRNAs in the kidneys of MWF rats and the normotensive salt-resistant Lewis reference strain. Several candidate genes could be detected and are currently investigated. The identification of genetic mechanisms leading to albuminuria and proteinuria in hypertension in the MWF model may provide new insights into the pathogenesis of similar conditions in human disease.