Diagnostik und Therapie der glomerulären Schädigung und Nierenfibrose - Schwerpunkte

Rolle von Platelet Derived Growth Factor (PDGF) in entzündlichen, proliferativen Nierenerkrankungen sowie therapeutische Konsequenzen

(Projektleiter Univ.-Prof. Dr. med. Jürgen Floege / Prof. Dr. rer. nat. Tammo Ostendorf)

In den vergangenen Jahren konnten wir in zahlreichen Studien die Wachstumsfaktoren PDGF und Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF) als Schlüsselfaktoren der (patho-) physiologischen Nierenfunktion identifizieren. Insbesondere zwei Mitglieder der PDGF-Familie, PDGF-B und -D, werden in Nierenerkrankungen deutlich heraufreguliert, binden an die u. a. auf Mesangialzellen stark exprimierten PDGF-Rezeptor-beta-Ketten und induzieren mesangioproliferative Veränderungen, wie sie z. B. bei der humanen IgA-Nephropathie auftreten. Auch bei den mesangialen Veränderungen der diabetischen Nephropathie oder der Lupus-Nephritis scheinen diese PDGFR-beta-Liganden eine wichtige Rolle zu spielen. In vorklinischen Interventionsstudien mit PDGF-Antagonisten konnten wir zeigen, dass die spezifische Inhibition von PDGF-B und -D eine wirkungsvolle neue Therapiestrategie bei der Behandlung von mesangioproliferativen Erkrankungen darstellt. Unsere Daten zur Inhibition von PDGF-D haben jetzt zu ersten erfolgreichen klinischen Studien mit einem humanen, monoklonalen PDGF-D-Antikörper geführt.

In aktuellen Projekten untersuchen wir

  • die Regulation von PDGF-B und -D sowie deren biologische Antworten
  • die Rolle von PDGF-C für die Reparatur glomerulärer Kapillaren
  • Interventionsstrategien in der diabetischen Nephropathie
  • die Rolle von PDGF-C und -D für tubuläre Zellen während des akuten Nierenversagens

Molekulare Mechanismen der Glomerulosklerose sowie der renalen Fibrose

(Projektleiter PD Dr. med. Peter Boor/Prof. Dr. rer. nat. Tammo Ostendorf)

Kürzlich konnten wir Faktoren identifizieren, die offenbar eine wichtige Rolle in der Endstrecke zahlreicher Nierenerkrankungen spielen und dabei wesentlich zur Entstehung der tubulointerstitiellen Fibrose beitragen. Hierzu gehören der Komplementfaktor C5 und Platelet Derived Growth Factor (PDGF)-C, deren profibrotische Bedeutung wir in Vergleichsstudien zwischen Wildtyp- und knockout-Mäusen in einem klassischen Modell der primären renalen Fibrose feststellen konnten. Im Rahmen des SFB/TRR57 konnten wir kürzlich zeigen, dass PDGF-C in der Leberfibrose dagegen keine entscheidende Rolle spielt, offenbar bedingt durch eine unterschiedliche Regulation der PDGF-Rezeptoren. Sowohl PDGF-C als auch C5 werden im renalen Tubulointerstitium fibrotischer Nieren verstärkt exprimiert. In Experimenten mit spezifischen C5- bzw. PDGF-C-Antagonisten konnte eine Reduktion der renalen Fibrose erzielt werden. In aktuellen Projekten überprüfen wir hier:

  • die möglicherweise profibrotische Rolle von PDGF-C in einem Modell der tubulointerstitiellen Fibrose mit primär glomerulärem Schaden
  • die Herkunft des profibrotisch wirksamen PDGF-C in Knochenmark-Transplantationsexperimenten
  • den Einsatz neu entwickelter präklinischer Tools zur spezifischen Inhibition von PDGF-C (lösliche Rezeptoren)
  • die Rolle von PDGF-D für die Enstehung tubulointerstitieller Fibrose
  • PDGF Rezeptoren als neue Ansätze für molekulare Bildgebung in Nierenfibrose

     

    Einen weiteren Schwerpunkt bilden Untersuchungen zu den Mechanismen der fokalen segmentalen Glomerulosklerose (FSGS). Die durch Podozytenverlust gekennzeichnete FSGS ist fester Bestandteil der meisten chronischen, progressiven Erkrankungen. Die Podozyten können hier nur sehr begrenzt nach Schäden regenerieren und stellen somit die glomeruläre "Achillesferse" dar. In aktuellen Studien untersuchen wir hier podozytäre Apoptose mit Hilfe von konditionellem Gen-knockout und experimentellem Podozytenschaden.

    Rolle von IL-6, IL-6 Rezeptor und gp130 in entzündlichen Nierenerkrankungen

    (Projektleiter Prof. Dr. med. Jürgen Floege / Prof Dr. rer. nat. Tammo Ostendorf)

    Zur Rolle des IL-6 Systems in renalen Erkrankungen existieren sehr widersprüchliche Daten mit sowohl pro- als auch anti-entzündlichen Effekten. Neue Einsichten in das IL-6 System bieten hierfür eine mögliche Erklärung: IL-6 kann in IL-6 Rezeptor (IL-6R) negativen Zellen ein Signalling induzieren, indem löslicher IL-6R extrazellulär IL-6 komplexiert und dieser Komplex dann an membranständiges gp130 bindet und nachgeschaltete Signalkaskaden auslöst. Im Gegensatz zur IL-6 Bindung an zellständige IL-6R (= klassisches Signalling) wird dies als Trans-Signalling bezeichnet. Klassisches Signalling wirkt eher anti-entzündlich, Trans-Signalling eher pro-inflammatorisch. Wir testen in einem aktuellen Projekt u.a. durch Einsatz spezifischer Antagonisten und Agonisten des Trans-Signalling die Hypothese, dass IL-6 durch reduziertes klassisches Signalling und parallel verstärktes Trans-Signalling entzündliche Nierenerkrankungen perpetuiert und akzeleriert.

    Exosomurie als nicht-invasiver Aktivitätsparameter bei Nierenerkrankungen

    (Projektleiter Dr. med. Anja Mühlfeld)

    Bis heute existieren keine Methoden, die es erlauben, die aktuelle Krankheitsaktivität immunologischer Nierenkrankheiten (Glomerulonephritiden) zu erfassen und somit eine "stadiengerechte" Behandlung durchzuführen. Als Surrogatparameter wird üblicherweise hierzu das Ausmaß der Proteinurie verwendet. Diese kann jedoch sowohl aus einer aktiven Erkrankung als auch einer Defekt-Heilung resultieren. In diesem Projekt sollen Exosomen, d.h. zelluläre Mikropartikel, die noch Markerproteine der Ursprungszellen aufweisen, als Marker für die Aktivität von immunologischen Nierenerkrankungen etabliert werden. Hierzu soll eine Korrelation von podozytären Exosomen mit funktionellen und histologischen Parametern in etablierten und gut charakterisierten tierexperimentellen Modellen glomerulärer Erkrankungen erfolgen. Zusätzlich soll die Methodik der Exosomenisolation und Charakterisierung an humanen Urinproben etabliert werden und Pilotdaten in verschiedenen Krankheitsentitäten gesammelt werden.

    Regulative Rolle von YB-1 in renalen Erkrankungen

    (Projektleiter PD Dr. rer. nat. Ute Raffetseder)

    Die Niere ist ein zentrales überlebenswichtiges Organ des menschlichen Körpers. Krankhafte Veränderungen der Nierenfunktion können folglich eine lebensbedrohliche Situation darstellen und stehen im Fokus medizinischer Forschung. Ein wichtiger Aspekt hierbei ist die Entschlüsselung molekularer Prozesse, die zur Entstehung und Progression renaler Erkrankungen führen. Hierbei nehmen Faktoren, die zellulären Abläufe modulieren eine wichtige Funktion ein. Ein solcher intrazellulärer Regulator ist das Y-box Protein-1 (YB-1). Dieses hochkonservierte Kälteschockprotein ist über sein Vermögen sowohl an DNA als auch an RNA zu binden an einer Vielzahl zellulärer Prozesse wie der Zellteilung, der Stressantwort, aber auch der Wundheilung beteiligt. Kürzlich konnten wir zudem eine von Wachstumsfaktoren- bzw. eine Endotoxin-induzierte aktive Sekretion von YB-1 aus Mesangial- und Immunzellen zeigen.

    YB-1 in renalen Entzündungsreaktionen

    Neuere Ergebnisse unserer Arbeitsgruppe weisen auf eine Rolle von YB-1 bei der entzündlichen Nierentransplantatabstoßung hin. Durch die Analyse einer cDNA-Bank aus humanen Nierenbiopsaten eines Patientenkollektivs (Kröner-Fresenius Biopsy Bank, ERCB) konnten wir eine erhöhte YB-1-Expression im akuten sowie chronischen Verlauf nachweisen. Diese korreliert hochsignifikant mit der des β-Chemokins RANTES (CCL5), wobei RANTES nachfolgend als direktes YB-1-Zielgen identifiziert wurde. Dieses Chemokin gilt als ein zentraler Induktor der Immunzellinfiltration und ist an der Progression der Entzündung im frühen Verlauf der Transplantatabstoßung maßgeblich beteiligt. Weitergehend wird die Entschlüsselung zellspezifischer Funktionen von YB-1 während der Transplantatabstoßung in Zusammenarbeit mit Prof. Dr. P. Mertens (UK-Magdeburg) auf molekularer Ebene vorangetrieben.

    Eine Beteiligung von YB-1 an der Ausreifung monozytärer Immunzellen konnte mit Hilfe von Differenzierungsmodellen gezeigt werden. Dieser Einfluss wird während der Hämatopoese und im septischen Geschehen in vivo und in vitro untersucht. Zielgebend ist hierbei, mittels Modulation der YB-1 Expression, einen sinnvollen neuen Therapie-Ansatz in verschiedenen Entzündungssituationen zu erarbeiten. Über die Regulation des RANTES-Gehaltes in glatten Gefäßmuskelzellen nimmt YB-1 ebenfalls eine wichtige Funktion bei der Artheriosklerose ein. Dieser Aspekt wird in Kooperation mit Prof. Dr. C. Weber (Uniklinik RWTH Aachen) untersucht.

    Einfluss von YB-1 in der durch Immunsuppressiva induzierten Nephrotoxitität

    Das Langzeitüberleben von Nierentransplantaten wird durch immunsuppressive Substanzen wie Steroide und Calcineurininhibitoren (CNI) erreicht. Als bedeutende Nebenwirkung schädigen die CNI Cyclosporin A und Takrolimus die Niere, indem eine chronische Transplantnephropathie induziert wird. Deren auffälligstes pathophysiolo-gisches Merkmal ist eine Matrixakkumulation in den Glomeruli und im Tubulointerstitium. Die Modulation der Expression fibroserelevanter Gene wie z.B. Kollagen I ist für den Transkriptionsfaktor YB-1 gezeigt. Eigene Vorarbeiten weisen nun auf eine aktive Rolle von YB-1 bei der durch Immunsuppressiva induzierten profibrotischen Zellaktivierung hin, wobei es den genauen Mechanismus der (patho-) physiologischen Relevanz von YB-1 in der CNI-induzierten Fibrose nach Nierentransplantation zu entschlüsseln gilt.

    Pathophysiologische Rolle von endogenen renalen Entzündungsinhibitoren: growth arrest specific gene-1 und developmental endothelial cell locus-1

    (Projektleiter Dr. rer. nat. Claudia van Roeyen)

    In Nierenerkrankungen sind mittlerweile viele Schlüsselfaktoren bekannt, welche die Entzündungsreaktion verstärken und schließlich zur Progression der Erkrankung führen. Die hier zugrunde liegenden Mechanismen und die beteiligten Proteine sind relativ gut untersucht. Die Inhibition dieser Faktoren als potentielle Behandlungsstrategie wurde in unterschiedlichen, vorwiegend experimentellen Erkrankungen beschrieben. Dagegen sind die endogenen Mechanismen, die zum Abklingen der Entzündungsreaktion führen bzw. die Progression renaler Erkrankungen nach kleineren Schäden limitieren, noch weitgehend unbekannt.

    Unsere Arbeitsgruppe konnte kürzlich die Plateled derived growth factor (PDGF)-Isoformen PDGF-B und –D als wichtige Mediatoren für mesangioproliferative Erkrankungen identifizieren. Ausgehend von cDNA-Array-Analysen zur Identifikation PDGF-B/D-regulierter mesangialer Gene konnten wir als ersten endogenen Wachstumsinhibitor für Mesangialzellen das Nephroblastoma overexpressed gene (NOV, CCN3)-Protein identifizieren, das in der mesangioproliferativen Glomerulonephritis zum Zeitpunkt des Abklingens der Mesangialzellproliferation überexprimiert wird. Die systemische Überexpression von CCN3 in der akuten Phase der anti-Thy1.1 Nephritis resultierte in einer akzelerierten Ausheilung des glomerulären Endothelschadens und eine reduzierte Mesangialzell-Proliferation. Als zweites endogenes inhibitorisches Gen wurde im o.g. cDNA-Array das growth-arrest-specific-gene-1 (Gas1) gefunden. Ein dritter Kandidat für einen endogenen Inhibitor renaler Entzündungsreaktionen ist Del1, das pro-angiogen wirkt und einen antiadhäsiven Faktor in der Leukozyten-Endothelzell-Interaktion darstellt. Daten zur Funktion von Del1 in der Niere bzw. in Nierenerkrankungen existieren derzeit nicht. Die beschriebenen Funktionen lassen jedoch die Vermutung zu, dass Del1 auch hier zentral involviert ist und ein potentielles Target für eine therapeutische Manipulation darstellt. In einem aktuellen Projekt konzentrieren wir uns auf die Charakterisierung der pathophysiologischen Rolle von Gas1 und Del1 in entzündlichen und proliferativen Nierenerkrankungen.