dc.contributor.author
Pohl, Marcus
dc.date.accessioned
2018-06-07T21:35:28Z
dc.date.available
2013-10-01T09:04:47.860Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/8130
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-12329
dc.description.abstract
Die Niere bewältigt eine Vielzahl epithelialer Transportvorgänge, zu denen
sowohl Endozytoseschritte als auch der kanalgesteuerte Transport von Wasser,
Ionen, Peptiden und weiteren Verbindungen gehören. Fehlleistungen in deren
Funktionen spielen im proximalen Tubulus der Niere eine herausragende Rolle
und können mit der Pathogenese kardiovaskulärer Erkrankungen zusammenhängen.
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit zwei wesentlichen regulatorischen
Leistungen hierzu: (1) mit der Funktion der Endozytose am Beispiel des lokalen
Renin-Angiotensin Systems (RAS), und (2) mit der Kanalfunktion am Beispiel des
Wasserkanals Aquaporin 1 (AQP1) in den Abschnitten des proximalen Tubulus. Die
Komponenten des RAS haben renale und systemische Ursprünge. Die Funktion einer
eigenständigen, renalen Kaskade der RAS-Komponenten wird diskutiert. Hohe
renale Spiegel des Effektorpeptids Angiotensin II sind bekannt. Eine Hypothese
der Arbeit war, dass die Analyse der lokalen Verteilung von RAS-Komponenten,
ihrer Biosynthese und ihrer zellulären Wege Aufschluss über die Rolle des
lokalen RAS in der Niere geben kann. Im Fokus stand insbesondere der Dualismus
zwischen Biosynthese und endozytotischer Aufnahme der Komponenten. Renin und
Angiotensinogen fanden sich in den frühproximalen Abschnitten endosomal und
lysosomal gespeichert. Für Angiotensinogen wurde der Nachweis, dass es aus dem
Filtrat aufgenommen und lokal gespeichert wird, über Radioaktivmarkierung
geführt. Für Renin war dieser Vorgang bereits belegt. Angiotensinogen wurde
weiterhin als Ligand des Endozytoserezeptors Megalin definiert, der für seine
frühproximale Endozytose essenziell ist. Die Biosynthese von Angiotensinogen
wurde jedoch ortsversetzt, im sich an das frühproximale Konvolut
anschließenden geraden Teil des proximalen Tubulus, nachgewiesen, so dass
seine lokale Speicherung und Synthese offenbar nicht direkt zusammenhängen.
Zusätzliche Information lieferte ein transgenes Rattenmodell, das über den
endogenen Promoter Human-Angiotensinogen überexprimiert; auch hier wurde die
(verstärkte) Human-Angiotensinogen-mRNA Expression nur spätproximal
detektiert. Die lokale Reninsynthese der proximalen Epithelien war hingegen
nicht nachweisbar. Ein Ansatz, in dem die Transzytose von Angiotensinogen
quantifiziert wurde, zeigte, dass 5% des luminal angebotenen Angiotensinogens
nach einer Stunde auf der interstitiellen Seite nachweisbar war. Angiotensin-
konvertierendes Enzym (ACE) fand sich in der Bürstensaummembran spätproximaler
Abschnitte, während ACE2 im gesamten proximalen Nephron exprimiert war. Beide
Enzyme unterschieden sich auch in ihrer Oberflächenexpression abhängig von der
Endozytoseaktivität. Zusammengenommen haben diese Daten neues Detail zur
Funktion des RAS belegt. Wichtige Informationen für die experimentelle
Funktionsanalyse eines möglicherweise in der Niere eigenständig arbeitenden
RAS stehen damit zur Verfügung. In einer zweiten Hypothese zur regulatorischen
Rolle proximal-tubulärer Parameter wurde die Funktion von AQP1 untersucht.
Hintergrund ist die Leistung des proximal-tubulären Epithels, zur glomerulo-
tubulären Balance (GTB) beizutragen. Im Abgleich zwischen glomerulärer
Filtration und tubulärer Resorption sind hier Anpassungsvorgänge bekannt.
Konkret wurde die Hypothese untersucht, ob eine Regelung von AQP1 bei
unterschiedlichen tubulären Flussgeschwindigkeiten im Sinn der GTB beobachtet
werden kann. An sich war bisher angenommen gewesen, dass AQP1 in der
Bürstensaummembran konstitutiv exprimiert ist. Zuerst wurde hier gezeigt, dass
die Oberflächenexpression von AQP1 endozytoseabhängig geregelt wird, indem bei
Fortfall dieser Funktion eine starke Akkumulation von AQP1 in der
Bürstensaummembran beobachtet wurde. In isolierten proximalen Tubuli der
Mausniere und in Zellkultur wurden dann die Einflüsse veränderter
Flussgeschwindigkeiten des Ultrafiltrates auf die AQP1 Expression modellhaft
untersucht. Bei erhöhter Flussgeschwindigkeit des Filtrates konnte eine
erhöhte AQP1-Oberflächenexpression sowie auch eine verstärkte
Wasserpermeabilität des Epithels beobachtet werden. cGMP- und cAMP-Gabe hatten
gleichsinnige Effekte. Diese Resultate gelten - soweit definiert - für den
gesamten proximalen Tubulus und weisen darauf hin, dass regulatorische
Prozesse den transepithelialen Wassertransport durch AQP1 im proximalen
Tubulus im Sinn der GTB steuern können. Beide Teile der Arbeit zeigen,
zusammengenommen, neue regulatorische Aspekte der epithelialen
Transportleistung des proximalen Tubulus. Im ersten Teil wird die Möglichkeit
einer Steuerung durch das RAS im Sinn einer nach Abschnitten des Tubulus
gestuften Aufteilung der Kaskade beschrieben. Im zweiten Teil wird anhand des
Wasserkanals AQP1 gezeigt, wie eine geregelte Translokation des Kanals unter
veränderten Flussbedingungen zur GTB beitragen kann. Schnittstellen beider
Projektteile sind die zellulären Wege, ihre Strukturkorrelate, und spezifische
Expressionsmuster des proximalen Tubulus, die diese Leistungen ermöglichen.
de
dc.description.abstract
Kidney function includes pivotal epithelial transport mechanisms, including
endocytosis of glomerular filtered proteins and the retrieval of water and
peptides from the ultrafiltrate. Impairment of proximal tubule endocytosis and
transport capacity leads to severe constrictions of body fluid and electrolyte
homeostasis, which serves as a pathogenic model for the development of
cardiovascular disease. In this present study, two major regulatory mechanisms
are elucidated: (1) the role of endocytosis linked to the local renin
angiotensin system (RAS), and (2) function of the water channel aquaporin 1
(AQP1) in the proximal tubule. RAS components are of renal and systemic
origin. The existence of a local renin angiotensin system of the kidney has
been established, and high concentrations of luminal angiotensin II have been
found in the proximal tubule. A central thesis of this study was to get
further understanding of local RAS function by analysing the distribution,
endocytosis, transcytosis and biosynthesis of relevant RAS components in the
proximal tubule, focussed on the dualism between local synthesis and
endocytotic uptake of the renin substrate angiotensinogen (AGT). Storage of
immunoreactive renin and AGT could be found in endosomal and lysosomal
compartments, restricted to early proximal tubule sections (i.e. proximal
convoluted tubule). Cellular uptake and intracellular storage of AGT was
demonstrated by autoradiography of radiolabeled AGT and depended on intact
endocytosis. Proximal tubule handling of renin largely followed the patterns
of AGT, whereas its local biosynthesis was not significant, as it has been
shown earlier. AGT was identified as a ligand of the multiple ligand-binding
repeats of megalin, which is essential for its retrieval from the
ultrafiltrate. In contrast to this, local AGT biosynthesis was restricted
selectively to the latter parts of the proximal tubule (i.e. proximal straight
tubule), indicating that local expression of AGT protein is derived from
circulation and is not necessarily linked to local biosynthesis. Analysis of
transgenic rats, overexpressing human AGT under the control of an endogenous
promoter, also clearly demonstrated restriction of local AGT biosynthesis to
the straight proximal tubule. Transcytotic transport of AGT in a proximal
tubule cell line revealed a 5% recovery rate after 1h. Angiotensin-converting
enzyme (ACE) was mainly expressed in brush border membranes (BBM) of late
proximal tubule sections, whereas angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2) was
present along the entire segment of the proximal tubule. Both enzymes likely
differed in cell surface expression due to the function and capacity of
endocytosis, as revealed here by a transgenic mouse model with a deficiency in
megalin expression. These data on the localization and cellular processing of
RAS components provide new aspects of the functional concept of a “self-
contained” renal RAS. In a second part of this study, proximal tubule handling
of AQP1 was analyzed. With respect to glomerular filtration and tubular
reabsorption capacity, proximal tubule function occurs in a dynamic manner,
which is explained by the model of glomerulo-tubular balance (GTB) by
Schnermann et al. In detail, luminal expression of AQP1 was investigated by
the influence of fluid shear stress at increased tubular flow rates in
proximal tubules. As a major finding AQP1 was shown to redistribute through
the endosomal compartment with a more pronounced expression in the BBM of
proximal tubule cells that harbour a compromised membrane protein trafficking
machinery, displayed by megalin deficiency in a transgenic mouse model. In
isolated perfused proximal tubuli of mice kidney, high tubular perfusion rates
significantly increased luminal AQP1 expression. In a proximal tubule cell
line (Opossum kidney cells), stably transfected with AQP1, luminal shear
stress and the second messengers cGMP and cAMP also increased cell surface
expression of AQP1 and augmented cellular uptake of radiolabeled water. These
findings suggest the existence of regulatory pathways for AQP1 expression and
AQP1 mediated water reabsorption linked to the GTB. Both parts of this study
display new regulatory aspects of proximal tubule function. The first part
elucidates differential expression patterns of local RAS components according
to (i) proximal tubule segments and (ii) the integrity of epithelial
endocytosis. The second part illustrates that luminal translocation of AQP1,
depending on fluid shear stress at increased tubular flow rates, contributes
to GTB.
en
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
angiotensinogen
dc.subject
proximal tubule
dc.subject.ddc
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften::610 Medizin und Gesundheit
dc.title
Die Regulation von Komponenten des Renin-Angiotensin Systems und des
Wasserkanals Aquaporin 1 im proximalen Tubulus der Niere
dc.contributor.firstReferee
N.N.
dc.contributor.furtherReferee
N.N.
dc.date.accepted
2013-10-25
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000094684-7
dc.title.translated
Regulation of components of the renin angiotensin system and the water channel
AQP1 in the proximal tubule of the kidney
en
refubium.affiliation
Charité - Universitätsmedizin Berlin
de
refubium.mycore.fudocsId
FUDISS_thesis_000000094684
refubium.mycore.derivateId
FUDISS_derivate_000000013701
dcterms.accessRights.dnb
free
dcterms.accessRights.openaire
open access