Identifikation eines Genlokus, der im MWF-Rattenmodell einer polygenetischen Albuminurie mit der früh einsetzenden Albuminurie und der renalen interstitiellen Fibrose gekoppelt ist

Abstract

Im Rahmen der arteriellen Hypertonie kommt es häufig zu einer chronischen Nierenschädigung, die sich in einer vermehrten Eiweißausscheidung (Albuminurie) und einer vermehrten Bildung von Bindegewebe im Nierengewebe (renale interstitielle Fibrose, RIF) äußert. Ziel der Arbeit war es, den genetischen Hintergrund dieser Nierenschädigung bei Hypertonie zu untersuchen. Hierzu wurde ein Rückkreuzungsexperiment durchgeführt, in dem zwei Rattenstämme miteinander gekreuzt wurden, die beide im Vergleich zu anderen Rattenstämmen erhöhte Blutdruckwerte aufweisen, sich jedoch im Ausmaß ihrer Nierenschädigung unterschieden: Der Munich-Wistar-Frömter (MWF)-Rattenstamm sowie der Stamm SHR (spontaneously hypertensive rat, spontan hypertensive Ratten). Beide Stämme weisen vergleichbar hohe arterielle Blutdruckwerte auf. Dabei entwickeln jedoch nur die MWF-Tiere eine progressive Nephropathie, die durch eine erhöhte Albuminurie gekennzeichnet ist. Histologisch zeigen diese Tiere eine ausgeprägte renale interstitielle Fibrose, eine Glomerulosklerose sowie eine hohe Anzahl subkapsulär gelegener Glomeruli. Die Rückkreuzungspopulation wurde hinsichtlich ihrer Genotypen und ihrer Phänotypen untersucht. Im Anschluss wurde eine Analyse der Genotyp-Phänotyp- Kopplung vorgenommen, um genetische Regionen zu identifizieren, die für die Entwicklung einer Nephropathie bei Hypertonie von Bedeutung sein könnten. Im Rahmen der phänotypischen Charakterisierung der Parentalstämme und der Tiere der Rückkreuzungspopulation wurden die arteriellen Blutdruckwerte im Alter von 14 Wochen sowie die Albuminexkretion im Alter von 8, 14 und 24Wochen ermittelt. An histologischen Nierenschnitten wurden die renale interstitielle Fibrose, die Anzahl subkapsulärer Glomeruli sowie die Glomerulosklerose quantifiziert. Zur Analyse des Genotyps wurde bei den Tieren der Rückkreuzungspopulation die Ausprägung von insgesamt 237 zwischen den Parentalstämmen polymorphen SSLP-Markern (simple sequence length polymorphisms) mittels Polymerase-Kettenreaktion mit radioaktiv markierten Primern, Polyacrylamidgel-Elektrophorese und anschließender Autoradiographie untersucht. Die 216 männliche Tieren umfassende (MWF × SHR) F1 × MWF- Rückkreuzungspopulation wies arterielle Blutdruckwerte auf, die sich nicht signifikant von denen der Parentalstämme unterschieden. Das Ausmaß der Albuminurie der MWF-Tiere war etwa 80 mal so groß wie bei den 45 SHR-Tieren, die Werte für die Rückkreuzungstiere lagen etwa in der Mitte zwischen diesen Extremen. Die Anzahl der subkapsulären Glomeruli bei den Tieren der Rückkreuzungspopulation lag ebenfalls zwischen denen der Parentalstämme. Die Glomerulosklerose der MWF-Tiere war signifikant höher als die der SHR-Tiere, die Rückkreuzungstiere zeigten Werte, die sogar über denen der MWF-Tiere lagen. Die renale interstitielle Fibrose der Rückkreuzungspopulation war geringer ausgeprägt als die der SHR-Tiere, die wiederum signifikant geringere Werte als die MWF-Tiere aufwiesen. Durch Analyse der Genotyp-Phänotyp-Kopplung konnte ein Genlokus identifiziert werden, der sowohl eine hochsignifikante Kopplung mit einer früh einsetzenden Albuminurie, als auch eine wahrscheinliche Kopplung mit dem Ausmaß der renalen interstitiellen Fibrose aufwies. Dieser auf Chromosom 6 gelegene Genlokus stellt somit möglicherweise die gemeinsame genetische Basis dieser beiden wichtigen pathogenetischen Schritte in der Entwicklung einer Nierenschädigung bei Hypertonie dar.

Arterial hypertension is often associated with chronic renal disease, characterized by increased protein excretion (albuminuria) and increased formation of connective tissue in the kidney (renal interstitial fibrosis). The purpose of this work was to examine the genetic background of this hypertension-associated nephropathy. Therefore, we performed a backcross of two hypertensive rat strains that differ in their extent of renal impairment: the Munich-Wistar-Frömter (MWF) strain and the SHR (spontaneously hypertensive rat) strain, respectively. Both strains show comparable levels of arterial blood pressure, but only the MWF animals develop progressive nephropathy, characterized by increased albuminuria. On histologic examination, these animals display marked renal interstitial fibrosis, glomerulosclerosis as well as a high number of glomeruli of subcapsular localization. In the backcross population, both genotypes and phenotypes were analyzed, and genotype- phenotype linkage analysis was performed to identify genetic regions which might be of importance for development of hypertension-associated renal disease. Characterization of the phenotypes comprised of measuring arterial blood pressure at age of 14 weeks, of measuring albumin excretion at age of 8, 14 and 24 weeks as well as of quantifying renal interstitial fibrosis, the number of subcapsular glomeruli and the extent of glomerulosclerosis in histological samples of the kidney. The genotypes of the backcross animals were analyzed by PCR amplification with radiolabeled primers, polyacrylamid- gel-electrophoresis (PAGE) and analysis by autoradiography of 237 polymorphic SSLP (simple sequence length polymorphisms) markers. The 216 male animals of the (MWF × SHR) F1 × MWF backcross population displayed arterial blood pressure levels not significantly different from any of the parental strains. The extent of albuminuria in the MWF animals was 80-fold higher than in the SHR animals, whereas the values of the backcross population lay in between those extremes. The number of subcapsular glomeruli in the backcross animals lay as well in between those of the parental strains. The level of glomerulosclerosis in the MWF animals was significantly higher than in the SHR animals, with the level in the backcross animals even higher than in the MWF animals. Renal interstitial fibrosis in the backcross population was less pronounced than in the SHR animals, which in turn displays significantly lower values than MWF animals. Genotype-phenotype linkage analysis led to the identification of a major gene locus which displayed highly significant linkage with early onset albuminuria as well as suggestive linkage with the extent of renal interstitial fibrosis. This gene locus, localized to chromosome 6, probably represents a common genetic basis for those two important steps in the development of hypertension-associated renal impairment.