Analysen zur funktionellen Rolle des TGF-beta Signalwegs in Podozyten

Autor: Ullmann, Sabrina
Rok vydání: 2013
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DOI: 10.5283/epub.26571
Popis: Der multifunktionale Wachstumsfaktor Transforming Growth Factor beta (TGF-β) ist unter anderem an Differenzierungsprozessen und der Modulation der extrazellulären Matrix beteiligt. Die Literatur liefert Hinweise, dass TGF-β während der Entwicklung der Niere an der Glomerulogenese und der Ausdifferenzierung von Podozyten-Vorläuferzellen zu reifen, post-mitotischen Podozyten eine entscheidende Rolle übernimmt. Des Weiteren gilt es als allgemein akzeptiert, dass TGF-β eine Schlüsselfunktion bei der Pathogenese von diabetischer Nephropathie (DN) ausübt. In dieser Arbeit wurden zwei Mausmodelle (P-S7 kn und P-TR2 kn) mit einem konditionellen Podozyten-spezifischen Knockout von Smad7 bzw. des TGF-β RII generiert. An P-S7 kn Mäusen konnten erstmals in einem in vivo System die Folgen einer Desinhibition des TGF-β Signalwegs für den Podozyten untersucht werden, während an P-TR2 kn Tieren die Auswirkungen einer Blockade des TGF-β Signalwegs betrachtet werden konnten. Der Einsatz der sog. Podo-Cre Maus sicherte eine exklusive Cre-Rekombinase Expression in Podozyten, die früh in der Entwicklung (Capillary-loop Phase) begann. Zusätzlich sollten die Auswirkungen des veränderten TGF-β Signalwegs in Podozyten unter pathologischen Bedingungen der DN analysiert werden. Die ersten Untersuchungen verifizierten einen erfolgreichen Podozyten-spezifischen und funktionsfähigen Knockout von Smad7 bzw. des TGF-β RII auf allen Ebenen der Genexpression. Die Phänotyp-Analyse ergab, dass keiner der beiden Knockouts morphologische Veränderungen der allgemeinen Glomerulogenese oder der Entwicklung der Podozyten verursachte. Die Ausdifferenzierung der Podozyten erfolgte gleichermaßen in P-S7 kn und P-TR2 kn Mäusen. Ebenso wenig konnte eine Beeinträchtigung der Nieren-funktion detektiert werden. Weiterführende Analysen konnten zeigen, dass ein podozytär veränderter TGF-β Signalweg im Alter zur Manifestation von histopathologischen Erscheinungen führte. Es konnte festgehalten werden, dass P-S7 kn Mäuse im Alter eine progressive Steigerung von Glomerulosklerosen und Foot Process Effacement Prozessen zeigten, während die GBM keine zusätzlichen Veränderungen aufwies. Diese Veränderungen in P-S7 kn Tieren gingen mit einer zusätzlich gesteigerten Expression von PAI-1 und CTGF sowie einer Reduktion von Synaptopodin einher und galten als molekulare Ursachen, die die Verschlechterung der Glomeruli-Morphologie vermittelten. Im Gegensatz dazu konnten in alten P-TR2 kn Tieren normale altersbedingte Glomerulosklerosen, Foot Process Effacement Prozesse und Verdickungen der GBM detektiert werden. Die Blockade des TGF-β Signalwegs in Podozyten war tendenziell in der Lage, eine Verbesserung der Glomeruli-Morphologie hervorzurufen. Die fehlende Induktion von PAI-1 und CTGF sowie das unveränderte Expressionsprofil von Synaptopodin in Podozyten schienen folglich nicht auszureichen, um protektiv auf altersprogressive Veränderungen innerhalb der Glomeruli zu wirken. Weiterführend wurde analysiert, wie sich die jeweiligen Knockout-Modelle während der initialen Phase einer STZ-induzierten DN verhalten. Generell konnte gezeigt werden, dass erfolgreich eine Hyperglykämie in STZ-injizierten Mäusen hervorgerufen wurde, die vergleichbare Ausmaße in P-S7 kn, P-TR2 kn und den jeweiligen Kontrollmäusen annahmen. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass die Pathogenese der DN mit Foot Process Effacement begann, während eine Verdickung der GBM nach 2 Monaten noch nicht detektiert werden konnte. P-S7 kn Mäuse zeigten eine zusätzlich gesteigerte Expression von Col IV und Fibronektin, die mit dem tendenziell verstärkten Auftreten von Glomerulo-sklerosen und Foot Process Effacement Prozessen assoziiert wurden. Der alleinige Knockout des TGF-β RII in Podozyten übte trotz fehlender Induktion von Col IV und Fibronektin kaum einen positiven Einfluss auf die Glomeruli-Morphologie aus. Insgesamt weisen diese Ergebnisse darauf hin, dass der podozytäre TGF-β Signalweg vorwiegend unter altersbedingten bzw. pathologischen Bedingungen eine Rolle spielt, aber für die Entwicklung und Ausdifferenzierung der Podozyten per se ohne Bedeutung ist. Zusätzlich wurde deutlich, dass der Podozyt alleine fähig ist durch einen desinhibierten TGF-β Signalweg negativ auf die gesamte Glomeruli-Struktur zu wirken, während die alleinige Blockade des TGF-β Signalwegs in Podozyten nicht ausreichend in der Lage ist, eine Verbesserung hervorzurufen.
The multifunctional growth factor Transforming Growth Factor beta (TGF-β) is involved in differentiation and the modulation of the extracellular matrix. The literature offers hints that TGF-β has a pivotal role during kidney development in glomerulogenesis and the differentiation of podocyte-precursor cells to mature post-mitotic podocytes. Furthermore it is accepted that TGF-β administrates a key function in the pathogenesis of diabetic nephropathy (DN). In this study two mouse models (P-S7 kn and P-TR2 kn) with a conditional podocyte-specific knockout of Smad7 and TGF-β RII respectively were generated. P-S7 kn mice were used to investigate consequences for podocytes of a desinhibition of the TGF-β signaling, while P-TR2 kn mice were consulted to analyze impacts of a complete blocking of the TGF-β pathway. The use of the so-called Podo-Cre mouse retains an exclusive expression of cre-recombinase in podocytes, which occurs early in development (capillary-loop stage). Additionally consequences of the modified TGF-β signaling in podocytes under pathological conditions of DN should be examined. Hence, for the first time the participation of the TGF-β signal transduction in podocyte development and podocyte functionality in DN could be investigated by an in vivo system. First, a successful podocyte-specific and functional knockout of smad7 and TGF-β RII respectively could be verified for all levels of gene expression. The phenotype analysis demonstrated no morphological changes of general glomerulogenesis or the development of podocytes in both Knockout mouse lines (neither P-S7 kn nor P-TR2 kn). Differentiation of podocytes occurred comparable in P-S7 kn and P-TR2 kn and no impairment of renal function could be detected. Continuing analysis revealed mutated podocyte TGF-β signaling became manifest in histopathological alterations in aging. Elder P-S7 kn mice exhibited a progressive increase of glomerulosclerosis and foot process effacement, while GBM indicated no further alterations. These changes were accompanied by an additional increase of PAI-1 and CTGF expression and a reduction of synaptopodin, which potentially mediated aggravations of the glomerular morphology. In contrast P-TR2 kn mice showed normal age-related glomerulosclerosis, foot process effacement and GBM thickening. Blocking TGF-β signaling in podocytes was just able to improve by trend the morphology of glomeruli. The missing induction of PAI-1 and CTGF only in podocytes and the unchanged expression of synaptopodin reveal to have insufficient ability to act protective. The last aim was to investigate how both knockout models react during the initial phase of STZ-induced DN. Generally successful hyperglycemic conditions in STZ injected mice could be observed which assumed comparable properties in P-S7 kn, P-TR2 kn and control mice respectively. Furthermore pathogenesis of DN started with foot process effacement, while thickening of GBM could not be detected after 2 month of DN. The knockout of smad7 in podocytes resulted in an additional increase of Col IV and fibronectin expression, which was associated with an additional increase by tends of glomerulosclerosis and foot process effacement. The exclusive knockout of TGF-β RII in podocytes hardly administrated a positive influence on glomerular morphology despite missing induction of Col IV and fibronectin. Overall the results indicate TGF-β signaling in podocytes has a predominate role under age-related and pathological conditions, but has no relevance for the development and differentiation of podocytes per se. Additionally it becomes apparent that podocytes alone are able to act negatively on the structure of glomeruli by a desinhibited TGF-β pathway, while a blocked TGF-β signaling exclusive to podocytes only tend to cause an improved morphology.
Databáze: OpenAIRE
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