Connexin 43 (Cx43), a gap junction-forming protein, is widely expressed in the mammalian kidney. Gap junctions mediate the intercellular passage of small molecules < 1 kDa in size. This was found to play critical roles in the maintenance of renal homeostasis and the development of renal pathology. Since previous reports on the cellular distribution of Cx43 have been conflicting, we have studied localization of Cx43 in rat and mouse kidney using confocal immunofluorescence and ultrastructural immunolabelling. In addition, a cultured human renal medullary fibroblast line (TK 173) served to investigate the role of Cx43-composed gap junctions in transforming growth factor-beta1 (TGF-β1)-induced transformation to a myofibroblast phenotype. Cx43 was abundantly detected in endothelia of renal arteries, arterioles, peritubular capillaries, and descending vasa recta where it was partially colocalized with the endothelial marker CD31. The endothelial cells of lymphatic vessels also expressed Cx43. Substantial Cx43 signals were detected in both extra- and intraglomerular mesangium. As a novel finding, Cx43 was revealed to be expressed substantially in medullary fibroblasts. In the inner medulla, Cx43-positive fibroblasts co-expressed cyclooxygenase-2, and chains of punctate Cx43 signals near the basement membrane of renal tubules and capillaries were assigned to cell processes of fibroblasts. Ultrastructural investigation revealed Cx43 distribution in gap junctional plaques between fibroblasts and between their cell processes. Cultured TK 173 cells expressed Cx43 both in the perinuclear compartment and in the plasma membrane of adjacent cells. Lucifer yellow signal was shown to spread across adjacent cells. Upon application of the gap junction inhibitor, 18β-glycyrrhetinic acid (18β-GA), the spreading was blunted suggesting effective intercellular exchange via functional gap junctions. TGF-β1 induced transformation of the cells into myofibroblasts. Here, α-smooth muscle actin and collagen type I-a1 expression as well as Cx43 biosynthesis and gap junctional Lucifer yellow exchange were enhanced. The application of 18β-GA reversed the profibrotic effect of TGF-β1, suggesting that gap junctional channels composed of Cx43 facilitate transduction of profibrotic signaling between inner medullary fibroblasts. In sum, our results showed the distribution of Cx43 in renal vasculature, mesangium, and medullary fibroblasts, and its absence from tubular epithelia. Myogenic transformation of medullary fibroblasts depended on Cx43-mediated information transfer. Addressing renal interstitial fibrosis, a potential role for Cx43 has been outlined.
Das Gap junction Protein Connexin 43 (Cx43) hat eine weite Verbreitung in Geweben der Säugerniere. Gap junctions erlauben die interzelluläre Passage von Molekülen < 1 kDa. Sie spielen eine wichtige Rolle in physiologischen und pathophysiologischen Prozessen. Da frühere Darstellungen der zellulären Verteilung von Cx43 widersprüchlich waren, wurde diese erneut mittels konfokaler Immunhistochemie und ultrastruktureller Immunmarkierung untersucht. Weiterhin wurde eine Zelllinie aus Fibroblasten des menschlichen Nierenmarks (TK173) als in vitro Modell eingesetzt, um die Funktion von Cx43 Gap junctions bei Transforming growth factor-beta1 (TGF-β1)-induzierter Transformation der Zellen zu einem myofibroblastischen Phänotyp zu untersuchen. Das Vorkommen von Cx43 wurde in den CD31-positiven Endothelien renaler Arterien, Arteriolen, peritubulärer Kapillaren und aufsteigender Vasa recta lokalisiert. Lymphatische Gefässendothelien exprimierten ebenfalls Cx43. Deutliche Signale wurden weiterhin im intra- und extraglomerulären Mesangium detektiert. Im Interstitium wurde Cx43 in medullären Fibroblasten nachgewiesen. Diese koeprimierten Cx43 und Cyclooxygenase-2 im inneren Mark. Hier fielen Cx43 Signale als zahlreiche einzelne Gap junctions oder Punkteketten im Konfokalbild auf. Diese wurden an Zellfortsätzen der Fibroblasten identifiziert. Mit ultrastruktureller Immunmarkierung wurde Cx43 an Membran-Kontaktzonen zwischen medullären Fibroblasten und ihren Zellfortsätzen lokalisiert. TK 173 Zellen exprimierten Cx43 perinukleär und in der Plasmamembran. Die Applikation von fluoreszierendem Lucifer yellow-Farbstoff breitete sich in benachbarten Zellen aus. Der Gap junction Inhibitor, 18β-Glycyrretinsäure (18β-GA) verhinderte diese Ausbreitung. Dies zeigte die Gap junction-spezifische Natur der Signalausbreitung. TGF-β1 verursachte die Transformation der Zellen zu Myofibroblasten. Die Expression von glattmuskulärem Aktin (α-SMA) und Collagen 1A1 sowie Cx43 Biosynthese und Gap junction-vermittelte Lucifer yellow-Ausbreitung waren unter TGF-β1 erhöht. Die Gabe von 18β-GA verhinderte diesen profibrotischen Effekt von TGF-β1. Diese Daten weisen darauf hin, dass Cx43 Gap junctions die Koordination profibrotischer Signalwege zwischen innermedullären Fibroblasten koordinieren können.
