Störungen im renalen Ionentransport und Säure-Basen Haushalt der Claudin-16 defizienten Maus

Görke, Bören

Von Familiärer Hypomagnesiämie und Hyperkalziurie mit Nephrokalzinose (FHHNC) betroffene Patienten weisen die im Krankheitsnamen enthaltenen Kernsymptome auf. Ursächlich für diese Erkrankung sind Mutationen in den Tight Junction Proteinen Claudin-16 und Claudin-19. Die in dieser Arbeit untersuchten Claudin-16 Knockdown Mäuse (KD) zeigen die FHHNC-Kernsymptomatik und dienen als Krankheitsmodell um die zugrundeliegenden Pathomechanismen zu untersuchen. Der parazelluläre Transportweg in der dicken aufsteigenden Henle-Schleife (TAL) weist dabei eine verminderte Kationenselektivität in KD gegenüber ihren Wildtyp Geschwistern (WT) auf. Dieser Defekt hat einen Zusammenbruch der lumenpositiven Diffusionsspannung, die sich normalerweise im Verlauf der TAL aufbaut, zur Folge. Diese wiederum trägt im Gesunden wesentlich zum lumenpositiven Potenzial bei, das für die parazelluläre Reabsorption von Mg2+ und Ca2+ in der TAL notwendig ist. Durch die verminderte Kationenselektivität ist zudem, neben der verminderten Reabsorption der divalenten Kationen Mg2+ und Ca2+, mit einem Rückstrom von Cl- zusammen mit Na+ in das Tubuluslumen zu rechnen. Diese Hypothese unterstützend zeigten erste Untersuchungen neben einer erhöhten Aldosteron-Plasmakonzentration auch einen erniedrigten Blutdruck. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde der Elektrolyt-Haushalt von KD im Vergleich zu WT weiter charakterisiert. In isolierten, perfundierten Sammelrohren wurde der Amilorid-sensitive Kurzschlussstrom als Maß für die Na+-Aufnahme über den epithelialen Natriumkanal ENaC untersucht und war in KD gegenüber WT 5-fach höher. Die detailierte Phänotypisierung einer Kohorte von ca. 27 Wochen alten KD und WT beiderlei Geschlechts mittels metabolischer Käfige bestätigte den FHHNC Phänotyp der KD (25% niedrigeres Plasma Mg2+, 13-fach erhöhte Ca2+ Ausscheidung über den Urin). Die KD wiesen zusätzlich 6-7% höhere Plasma Ca2+ Konzentrationen auf. NaCl Parameter in Urin und Plasma waren zwischen den beiden Gruppen nicht unterschiedlich und lediglich die fraktionelle K+ Ausscheidung in weiblichen Tieren etwa 1,5-fach erhöht. Darüber hinausgehend zeigten KD eine Störung im Säure-Basen Haushalt mit einer verminderten HCO3- Ausscheidung und einem um ca. 0,5 pH Einheiten niedrigeren Urin pH. Der Plasma pH-Wert war kompensiert, lediglich die weiblichen KD Tiere wiesen zusätzlich ein leicht erhöhten Plasma HCO3- Wert auf. Expressionsanalysen auf Ebene der mRNA und Proteine wurden durchgeführt, um den Veränderungen zugrundeliegende Anpassungen im Elektrolyttransport aufzudecken. Dabei zeigte sich in der quantitativen Real-Time PCR, neben Geschlechtsunterschieden, eine ca. 1,3 fach erhöhte Expression des Natrium-Protonen-Austauschers NHE3 im proximalen Tubulus und eine ca. 1,4 fach erhöhte Expression des Natrium-Chlorid Kotransporters NCC im distalen Konvolut von männlichen KD. Die qualitative Auswertung der Fluoreszenz-Immunhistochemie für die Anionen-Austauscher AE1 und Pendrin im Sammelrohr ergab keine Hinweise auf eine deutliche Änderung der Expression. Auch die semiquantitative Auswertung des Western Blots, bei dem ergänzend die Protonenpumpen V-H+-ATPase und P-H+/K+- ATPase einbezogen wurden, zeigte keine signifikanten Expressionsunterschiede. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass ein Defekt in Claudin-16 zu komplexen Veränderungen in der Ionen-Homöostase führt. Dabei bestätigen der funktionelle Nachweis einer erhöhten ENaC Aktivität im Sammelrohr, sowie die erhöhte Expression der am renalen Na+ Transport beteiligten Proteine NHE3 und NCC den latenten Verlust von NaCl und stützen somit die Hypothese der veränderten Kationenselektivität in der TAL. Unter Normalbedingungen ist dieser Verlust in Bezug auf Plasma und Nierenparameter kompensiert und lediglich die fraktionelle Exkretion von K+ deutet auf die bereits beschriebene erhöhte Aldosteron Konzentration hin. Zusätzlich wurde eine Störung des renalen Säure-Basen Transportes aufgedeckt, deren genauer pathophysiologischer Ursprung es noch aufzuklären gilt.

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Görke, Bören: Störungen im renalen Ionentransport und Säure-Basen Haushalt der Claudin-16 defizienten Maus.

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