Familial hypomagnesemia with hypercalciuria and nephrocalcinosis (FHHNC) is a rare autosomal recessive disorder caused by loss-of-function mutations either in Claudin16 or in Claudin19 genes that manifest itself in tight junction dysfunction of the thick ascending limb (TAL). FHHNC is characterized by excessive renal loss of calcium (Ca2+) and mag-nesium (Mg2+), leading to nephrocalcinosis and progressive chronic kidney disease. Putative compensatory mechanisms, preventing divalent cation loss, may involve the activation of distal divalent cation transporters such as apical transient receptor potential vanilloid 5 (TRPV5), plasma membrane Ca2+-ATPase (PMCA), or Na2+/Ca2+exchanger type 1. The loop diuretic furosemide typically induces compensatory activation of salt and divalent cation reabsorption in the late distal nephron, which may compensate TAL dysfunction in FHHNC. Thus, this study investigates the hypothesis that furosemide may rescue the urinary loss of Ca2+ or Mg2+ by activation of transcellular divalent cation reabsorption in the distal nephron. To test this hypothesis, we used claudin16-deficient (Cldn16-/-) mice as a model for FHHNC. We focused on the effect of furosemide (40 mg/kg body weight (BW) for 7 days) on renal divalent cation handling and distal nephron morphology. Compared to wildtype mice, furosemide substantially decreased the massive fractional excretion of Ca2+ but did not affect the urinary Mg2+ excretion in Cldn16−/− mice. Accordingly, serum Ca2+ levels were slightly elevated in Cldn16-/- mice after furosemide administration. Furthermore, furosemide treatment induced the expression of basolateral PMCA as well as luminal transporter TRPV5 in the distal nephron throughout the distal convoluted tubule, connecting tubule and outer medullary segment of collecting duct in Cldn16-/- mice. In summary, our results show that furosemide significantly improves hypercalciuria in a mouse FHHNC model by elevating the expression of key calcium luminal and basolateral transport proteins in the distal nephron. Pharmacological intervention using furosemide may rescue the urinary loss of Ca2+ and improve the clinical outcome of patients suffering from FHHNC.
Die Familiäre Hypomagnesiämie mit Hypercalcurie und Nephrokalzinose (FHHNC) ist eine seltene autosomal rezessiv vererbte Krankheit, welche sich, verursacht durch eine loss-of-function-Mutation in den Claudin16 oder Claudin19 Genen, in einer tight junction-Fehlfunktion des dicken aufsteigenden Schenkels (TAL) manifestiert. Charakteristisch für diese Erkrankung sind der renale Verlust von Calcium (Ca2+) und Magnesium (Mg2+) und die Nephrokalzinose, welche zu einer fortschreitenden chronischen Nierenerkrankung führen. Mögliche kompensatorische Mechanismen, um den lonenverlust zu vermeiden, könnten die Aktivierung von distalen zweiwertigen Kationtransportproteinen wie beispielsweise dem apikalen Transient receptor potential vanilloid 5 (TRPV5) Kanal, der plasmamembranständigen Ca2+-ATPase (PMCA) oder dem Na+/ Ca2+ Austauscher Typ 1 darstellen. Das Schleifendiuretikum Furosemid induziert über seine Resorptionsblockade im TAL eine kompensatorische Aktivierung im distalen Nephron, wordurch die Fehlfunktion in der FHHNC aufgehoben werden könnte. Diese Studie untersucht daher die Fragestellung, ob die Aktivierung der trans-zellulären Reabsorption zweiwertiger Ka-tionen im distalen Nephron durch das Schleifendiuretikum Furosemid gesteigert werden kann, um den Verlust der Ca2+ oder Mg2+ Reabsorption im TAL auszugleichen. Um diese Hypothese zu testen, wurden Claudin16-defiziente Mäuse (Cldn16-/-) als Modell der FHHNC untersucht. Weiterhin wurden die Auswirkungen einer Furosemid-Behandlung (40 mg/kg Körpergewicht für 7 Tage) auf den renalen Umgang mit zweiwertigen Kationen und die Morphologie des distalen Nephrons in Cldn16-/- vs. Wildtyp-Mäusen untersucht. Furosemid verringerte deutlich die massive fraktionelle Ausscheidung von Ca2+, jedoch beeinflusste es nicht die renale Mg2+-Ausscheidung bei Cldn16-/- - Mäusen. Darüber hinaus war die Serumkalziumkonzentration in Cldn16-/--Mäusen nach Gabe von Furosemid leicht erhöht. Die verstärkte Ca2+ Rückresorption durch Furosemid kann auf eine erhöhte Expression der basolateral gelegenen Kalziumpumpe PMCA sowie des luminalen Ca2+-Transporters TRPV5 im distalen Konvolut, im Verbindungstubulus und in den Sammelrohrsegmenten der äußeren Medulla zurückgeführt werden. Zusammenfassend zeigen unsere Ergebnisse, dass das Schleifendiuretikum Furosemid die Hyperkalziurie im FHHNC-Mausmodell signifikant verbessert, indem es die Expression von wichtigen luminalen und basolateralen Ca2+-Transportern im distalen Nephron erhöht. Eine pharmakologische Behandlung mit Furosemid könnte daher bei FHHNC-Patienten den Ca2+-Verlust über den Urin beheben und das Behandlungsergebnis verbessern.
