Der parazelluläre Weg des proximalen Tubulus - Untersuchungen regulativer Vorgänge zur Aufrechterhaltung der Kalziumhomöostase

Klietz, Adrian

Die Homöostase interstitieller Elektrolytkonzentrationen sichert die Funktion der Einzelzelle im Organismus. Über die Ausscheidung von Elektrolyten und Wasser spielt die Niere eine Schlüsselrolle in diesem Prozess. Bereits im proximalen Tubulus erfolgt die trans- sowie parazelluläre Resorption eines Großteils der glomerulär filtrierten Moleküle. Die Einbeziehung des parazellulären Weges führt hierbei abhängig von der Permeabilität der parazellulären Barriere zu einer Ökonomisierung des transepithelialen Transportes (bis zu 10 Natrium Ionen pro ATP). Die parazellulären Eigenschaften eines Epithels werden durch Integration gewebespezifisch exprimierter Claudine in die Tight junctions bestimmt. Sie spielen somit eine kritische Rolle für die Funktion des proximalen Tubulus im Dienste der Elektrolythomöostase. Die Daten dieser Arbeit unterstützen die funktionelle Differenzierung des proximalen Tubulus in Subsegmente mit divergenten parazellulären Eigenschaften. In elektrophysiologischen Analysen zeigten initiale PCT-S2 Segmente bei einem transepithelialen Widerstand von 13,02 ± 1,81 Ωcm² eine ausgeprägte parazelluläre Anionenselektivität (PNa/Cl von 0,58 ± 0,02). Späte S3-Segmente zeichneten sich bei deutlich erhöhtem transepithelialen Widerstand von 20,04 ± 2,91 Ωcm² durch eine Reduktion der parazellulären Permeabilität für Chlorid Ionen aus (PCl 648,6 ± 112,5 10-3cm/h zu 261,5 ± 41,8 10-3cm/h). Strukturell konnte als Ursache dieser Befunde eine Steigerung der Claudin 2 sowie Claudin 12 Expression in spät proximalen S3 Segmenten gefunden werden, welche zu einer Verschiebung der parazellulären Permeabilität (PNa/Cl von 1,37 ± 0,08) zu Gunsten von Kationen führte. Elektrophysiologisch zeigten sich in späten S3 Segmenten zudem Hinweise auf einen elektrogenen Elektrolyttransport (Vte von -1,18 ± 0,33 mV). Bei restriktivem luminalen Substratangebot im Rahmen der Versuchsbedingungen stützen diese Daten die Existenz eines luminal exprimierten epithelialen Natriumkanals. Die Regulation der parazellulären Eigenschaften eines Epithels unter oraler Kalziumbelastung konnten bereits im dicken aufsteigenden Teil der Henle-Schleife nachgewiesen werden. Diese Arbeit erweitert das bestehende Wissen durch Nachweis einer mRNA unabhängigen, quantitativen Regulation des proximal tubulären Claudin 2 Bestandes. Die junktionale Reduktion von Claudin 2 unter oraler Kalziumbelastung scheint im proximalen Tubulus jedoch funktionell keine direkten Auswirkungen auf die Kalziumpermeabilität zu entfalten. Vielmehr scheinen diuretische Effekte im Vordergrund zu stehen, welche über tubuloglomeruläre Rückkopplung einer Präzipitation von Kalziumsalzen im Tubulussystem vorbeugen könnten. Im Rahmen dieser Arbeit konnte ein Primärzellmodell „mpPTEC“ des proximalen Tubulus auf Basis einer histomorphologischen Selektion etabliert werden. Elektrophysiologisch zeigten sich mpPTEC hinsichtlich des transepithelialen Widerstandes (Rte von 24,52 ± 1,79 Ωcm²) vergleichbar zu späten S3 Segmenten des nativen proximalen Tubulus. Analog zu S3 Segmenten zeigten mpPTEC zudem eine Restriktion der parazellulären Anionenpermeabilität (PCl von 145,4 ± 20,7 10 3cm/h). Im Gegensatz zum nativen proximalen Tubulus schien diese Verschiebung der parazellulären Permeabilität (PNa/Cl von 1,9 ± 0,24) strukturell auf einer Claudin 10 prädominanten Reduktion der Claudin Expression zu beruhen. Claudin 2 zeigte weiterhin eine inhomogene Integration in die Tight junctions. Neben immortalisierten Zelllinien unklaren renalen Ursprungs (MDCK II) stand somit erstmalig ein Zellmodell des späten proximalen Tubulus mit parazellulärem Nachweis von Claudin 2 zur Verfügung. Das Defizit eines transzellulären Glucose-Transportes, als mögliche Folge einer einsetzenden Entdifferenzierung des Primärzellmodells, war unter Beachtung des lediglich geringen Glucose-Transportes spät proximaler Tubulussegmente von untergeordneter Bedeutung. Die Auswertung parazellulärer Regulationsmechanismen zeigte in mpPTEC keinen direkten Einfluss einer erhöhten interstitiellen oder luminalen Kalziumkonzentration. Die adaptive Reduktion des junktionalen Claudin 2 Bestandes in nativen proximalen Tubuli konnte im Rahmen der Sensitivität des Primärzellmodells nicht nachvollzogen werden. Die Befunde am nativen Tubulus stützen jedoch die Hypothese einer hormonell induzierten Regulation des proximal tubulären Claudin 2 Bestandes und machen weitere Arbeiten unter Einbeziehung von Parathormon, Calcitonin, Calcitriol und FGF-23 erforderlich.

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Klietz, Adrian: Der parazelluläre Weg des proximalen Tubulus - Untersuchungen regulativer Vorgänge zur Aufrechterhaltung der Kalziumhomöostase. 2019.

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