title: Regulation und pathophysiologische Rolle der Calcium-permeablen Kationenkanäle TRPM7 und TRPC6 in Abhängigkeit des KCa3.1-Kanals im Transdifferenzierungsprozess renaler Myofibroblasten
title: Regulation and pathophysiological role of the calcium-permeable cation channels TRPM7 and TRPC6 in dependence of the KCa3.1 channel during transdifferentiation of renal myofibroblasts
titleType: AlternativeTitle
Creators: name: Pape, Richard
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2022
Subjects: Fibroblasten
KCa3.1
Transdifferenzierung
patch clamp
TRPC6
calcium
IK
Calcium
renal fibrosis
Elektrophysiologie
fibroblasts
transdifferentiation
Medical sciences Medicine
Medizin
Nierenfibrose
elektrophysiology
Myofibroblasten
TRPM7
myofibroblasts

description: Die chronische Niereninsuffizienz gehört mit einer weltweiten Prävalenz von bis zu 16% zu den häufigsten Krankheitsbildern. Der renale Funktionsverlust ist, unabhängig von der ursächlichen Pathologie, in der überwiegenden Zahl der Fälle von einer irreversiblen Fibrosierung des Nierengewebes begleitet. Die damit einhergehende überschießende Produktion von extrazellulärer Matrix trägt wesentlich zu einem Fortschreiten der Niereninsuffizienz bei. Auf zellulärer Ebene sind für die Synthese der extrazellulären Matrix maßgeblich Myofibroblasten beteiligt. Diese sind eine dauerhaft aktivierte Form von residenten Fibroblasten, die ubiquitär in der Niere vorkommen. Ein wichtiger Regulator des Transdifferenzierungsprozesses von Fibroblasten zu Myofibroblasten ist hierbei das Zytokin TGF-β. Vorhergehende Untersuchungen haben gezeigt, dass der kalium-permeable KCa3.1‑Ionenkanal am renalen Fibroseprozess maßgeblich beteiligt ist. Weiterhin besteht eine Abhängigkeit zwischen dem Aktivierungsgrad von Fibroblasten und der intrazellulären Calciumkonzentration. Bei der Untersuchung von Fibrosemechanismen in anderen Organsystemen wurden die calcium-permeablen TRPM7- und TRPC6-Ionenkanäle als weitere Einflussfaktoren identifiziert. NRK‑49F‑Zellkulturen sind immortalisierte renale Fibroblasten, die aus der Spezies rattus norvegicus stammen. In der vorliegenden Arbeit wurden anhand dieses Zellmodells die KCa3.1-, TRPM7- und TRPC6-Ionenkanäle im Rahmen des Transdifferenzierungsprozesses unter Einfluss von TGF-β untersucht. Durch die Anwendung molekularbiologischer und proteinbiochemischer Verfahren wurde die Kanalexpression analysiert und mittels Calcium‑darstellender sowie elektrophysiologischer Methodik die Kanalfunktion weiterer Betrachtung unterzogen. Es konnte eine Expression der drei genannten Ionenkanäle in NRK-49F-Zellen nachgewiesen werden. In weiteren Versuchen wurde demonstriert, dass der Kaliumstrom in diesem Zelltyp überwiegend durch KCa3.1‑Kanäle bedingt ist. Die Aktivierung des Kanals hatte einen nachgeschalteten Einstrom von Calciumionen in die Zelle zur Folge. Weiterhin zeigte die Stimulation mit TGF-β eine Zunahme der Expression von KCa3.1- und TRPC6-Kanälen. Während der Applikation des TRPC6-Aktivators OAG konnte in stimulierten NRK‑49F‑Zellen ein erhöhter Calciumeinstrom beobachtet werden. Für den TRPM7-Kanal gelang die Messung einer spezifischen elektrischen Aktivität. Des Weiteren konnte durch eine Aktivierung des TRPM7-Kanals die intrazelluläre Calciumkonzentration erhöht werden, jedoch blieb sowohl die Expression als auch die Kanalaktivität unbeeinflusst von einer Behandlung mit TGF-β. Die Hochregulation des KCa3.1-Kanals wurde bereits in anderen renalen Zellmodellen beobachtet und weist auf die zentrale Rolle dieses Ionenkanals während der Prozesse der Zellproliferation hin. Ergänzend zu den Erkenntnissen über den TRPC6-Kanal in dermalen und pulmonalen Fibroblasten, ist dem Ionenkanal auch in renalen Fibroblasten eine wesentliche Rolle zuzuschreiben. Erstmals wurde die elektrische Aktivität des TRPM7-Kanals in NRK-Fibroblasten nachgewiesen. Im Gegensatz zu den Beobachtungen an kardialen Fibroblasten veränderte sich die Kanalaktivität während des Transdifferenzierungsprozesses im NRK‑49F-Zellmodell jedoch nicht. In der Zusammenschau der gewonnenen Erkenntnisse ist anzunehmen, dass ein Zusammenspiel der untersuchten Kanäle die intrazelluläre Calciumkonzentration signifikant beeinflusst. Auf Grund einer Hyperpolarisation des Fibroblasten durch den KCa3.1-Kanal besteht eine gesteigerte Triebkraft für einen Calciumeinstrom durch die TRPM7- und TRPC6-Kanäle. Die Calciumionen aktivieren im Sinne eines positiven Feedback-Mechanismus wiederum KCa3.1-Kanäle und scheinen somit die Produktion extrazellulärer Matrix aufrechtzuerhalten. Die therapeutischen Optionen zur Beeinflussung der Nierenfibrose sind nach wie vor begrenzt. Generelle Blockaden des TGF-β-Signalwegs haben sich hierbei als risikoreich erwiesen, daher könnte eine Beeinflussung von Teilprozessen des fibrotischen Geschehens aussichtsreiche Behandlungsperspektiven eröffnen. Die in dieser Arbeit gewonnenen Erkenntnisse tragen dazu bei, das Verständnis der grundsätzlichen Mechanismen der Transdifferenzierung renaler Fibroblasten zu erweitern und möglicherweise neue therapeutische Ansätze zu eröffnen.