Der renale Phänotyp genotypisch gesunder Wildtypnachkommen heterozygoter eNOS- knock-out-Eltern (Mausmodell) im Kontext der fetalen Programmierung

Abstract

Hintergrund: Fetale Programmierung beschreibt die Veränderung des Phänotyps durch präna-tale Umwelteinflüsse, unabhängig vom vererbten genetischen Material. Als Auslöser für fetale Programmierung sind verschiedene Einflüsse, wie z.B. intrauterine Mangelsituationen identifiziert worden. Wirken solche Auslöser innerhalb eines sensiblen Zeitfensters während der intrauterinen Periode auf den Fetus ein, können diese zu einer Veränderung des Geburtsgewichtes und des arteriellen Blutdrucks führen. Im Sinne der „Advanced Fetal Programming“ Hypothese rücken maternale Gene als Determinanten fetalen Wachstums in den Fokus. Hervorzuheben ist hier, dass dieser Effekt nicht durch klassische Vererbungsmechanismen erklärt werden kann. Die maternalen Gene selbst werden nicht weitergegeben. Es handelt sich hierbei vielmehr um genetische Polymorphismen, die die Durchblutung der Plazenta beeinflussen. Der renale Phä-notyp, die Nierenfunktion und Veränderungen der Expression der Komponenten des Renin-Angiotensin-Aldosteron-Systems sollten im heterozygoten eNOS knock-out Modell sowohl für maternale wie für paternale Programmierung überprüft werden. Methoden: Im Mausmodel wurden 134 homozygote eNOS Wildtyp Nachkommen eingeschlos-sen: Gruppe 1 hatte homozygote eNOS Wildtyp Eltern, Gruppe 2 hetereozygote eNOS +/- Müt-tern und Gruppe 3 hetereozygote eNOS +/- Väter. Es wurde das Geburtsgewicht, das Körper-gewicht und das Nierengewicht am Ende des Versuchs bestimmt. Zu drei Zeitpunkten wurden Stoffwechselversuche durchgeführt, in denen folgende Parameter analysiert wurden: Kreati- ninclearance, Albumin-Kreatinin-Ratio, Aldosteron im Urin, systolischer Blutdruck. Die Nieren wurden histologisch auf Glomerulosklerose, interstitielle und perivaskuläre Fibrose und Media-Lumen-Ratio der intrarenalen Gefäße untersucht. Mittels Immunfluoreszenz und Western Blot wurden reninpositive Glomeruli und die renale Expression von ACE und AT2-Rezeptoren be-stimmt. Ergebnisse: Das Geburts- und Körpergewicht sowie das relative Nierengewicht waren bei den Männchen von heterozygoten eNOS knock-out Müttern geringer als bei Tieren der Kontroll-gruppe. Auch bei den Weibchen der heterozygoten eNOS knock-out Mütter zeigte sich eine Veränderung des Phänotyps. Ihre Körpergewichte und Nierengewichte waren signifikant höher, die GFR war im Stoffwechselversuch 1 zunächst erniedrigt, im Stoffwechselversuch 3 dann erhöht. Bei den weiblichen Nachkommen von heterozygoten eNOS knock-out Vätern war das Körpergewicht ebenfalls höher als das der Kontrollgruppe. Bei diesen Weibchen wurden im Stoffwechselversuch 3 eine erhöhte GFR und mehr reninpositive Glomeruli gemessen. Bei den männlichen Nachkommen heterozygoter eNOS knock-out Väter wurden erhöhte Aldosteronwerte im Urin und erhöhte Albuminurie gemessen. Zwischen keiner der Gruppen gab es Unterschiede bei den systolischen Blutdruckwerten. Schlussfolgerungen: Durch das erniedrigte Geburtsgewicht konnte also gezeigt werden, dass Gene - ohne Weitergabe im Sinne der klassischen Vererbung - Programmierungseffekte auslö-sen, und bleibende Effekte auf die folgende Generation haben können. Allerdings führte dies nicht zu Veränderungen der systolischen Blutdruckwerte. Weiterhin zeigten sich aber Verände-rungen bezüglich der Nierenfunktion und bei den Komponenten des Renin-Angiotensin-Aldosteron-Systems. In wie weit diese Veränderungen in der Niere ein plausibles Erklärungs-modell für die Entstehung von veränderten systolischen Blutdruckwerten im Rahmen der fetalen Programmierung darstellen, kann allerdings nicht abschließend geklärt werden. Weiterhin un-termauert dieser Versuch aber die Bedeutung der „Advanced Fetal Programming“ Hypothese sowie der maternalen und paternalen Programmierung für die Entstehung von Volkskrankheiten im Erwachsenenalter.

Background: Fetal programming describes changes in the phenotype due to prenatal environ-mental influences irrespective of inherited genes. Many stimuli that provoke fetal programming have been identified. During a critical period of intrauterine development such stimuli can lead to reduced birth weight and hypertension. The „Advanced Fetal Programming“ hypothesis proposes an additional stimulus: maternal and paternal genes may determine fetal growth and disease in adult life independent of the fetal genome. We tested the extended Barker hypothesis using an eNOS knock-out mouse model as a model for lower birth weight, hypertension, modified renal phenotype and changes in RAAS. Methods: The study included 134 eNOS wild-type (WT) animals divided into three groups: offspring of eNOS wild-type parents, offspring of heterozygous eNOS knock-out mothers and offspring of heterozygous eNOS knock-out fathers. The procedure included weight determina-tion, a metabolism trial during week 12, 18 and 23 to obtain blood and urine samples and re-moval of organs postnatal day 168. The following parameters were measured: creatinineclear- ance, albuminuria and aldosterone. Kidney samples were stained and renal morphology ana-lysed. Renal protein levels and cellular distribution of renin, ACE and AT2-receptor were deter-mined using Western Blot analysis and immunoflurorescence. Results: The birth weight and bodyweight of the male offspring (WT) of the heterozygous eNOS knock-out mothers was significantly reduced in comparison to offspring of eNOS WT parents. The female offspring of heterozygous eNOS knock-out mothers had a significantly increased bodyweight and heavier kidneys. Further they showed a significantly higher creatinineclearance (metabolism trial III). The female offspring of heterozygous eNOS knock-out fathers also had a significantly heavier bodyweight as well as significantly heightened creatinineclearance (meta- bolism trial III) and higher renal expression of renin. Male offspring of heterozygous eNOS knock-out fathers showed elevated urine aldosterone levels and higher albuminuria levels. No difference was observed in blood pressure measurement. Conclusions: In terms of a reduced birth weight this study showed that there was a fetal pro-gramming of the wild-type F1 generation of the heterozygous eNOS knock-out mothers. This is in line with the extended Barker hypothesis but does not provide information about the genesis. No changes in blood pressure could be observed. Nevertheless, changes in renal function and in expression of RAAS were found in offspring of both heterozygous eNOS knock- out mothers and fathers, suggesting hints for paternal programming and sex specific effects. The clarification of the mechanisms behind these biological phenomena needs further investigation.