Ionenkanäle während der Nephrogenese

Die Ionenkanäle des renalen Tubulus- und Sammelrohrsystems
bestimmen die Funktion der adulten Säugetierniere. Sie müssen mit
der Entwicklung der permanenten Niere (Metanephrogenese) erworben
werden und können auch entwicklungsspezifische Aufgaben haben. Ziel
dieser Arbeit ist die erstmalige systematische Beschreibung der
Expression und entwicklungsspezifischen Rolle von Ionenkanälen
während der Metanephrogenese. Methoden: Die ontogenetische
mRNA-Expression der Kir Kalium-Kanal-Untereinheiten Kir6.1, SUR2
und ROMK1-3 (Kir1.1a-c) wurde mittels RT-PCR von Primärkulturen im
Sammelrohrepithel quantifiziert, die ontogenetische Kir6.1- und
ROMK-Protein-Expression mittels Immunhistochemie in Sammelrohr- und
Nephron-Epithelien untersucht. Der Effekt von cAMP auf die
ROMK-mRNA-Expression wurde gemessen und der Einfluss von
Kalium-Kanalmodulatoren auf das Wachstum von Nephron-Kulturen in
vitro und von HEK293 Nierenepithel-Zellen bestimmt. Ferner wurde
die ontogenetische mRNA-Expression des ENaC-Natrium-Kanals und der
Chlorid-Kanäle CFTR, CLC-2 und ICLn mittels RT-PCR im
Sammelrohrepithel quantifiziert. Alle Experimente wurden an Ratten
oder Mäusen durchgeführt. Ergebnisse: (i) Die mRNA der
KDNP-(KATP)-Kanaluntereinheiten Kir6.1/SUR2 war in frühen
Ureterknospen-Generationen (embryonaler Tag E14) hoch exprimiert
und nach der Geburt herunterreguliert. In gleicher Weise war
Kir6.1-Protein im embryonalen Sammelrohrepithel und Nephron
ubiquitär apolar exprimiert. Im Gegensatz hierzu war Kir6.1 im
adulten Nephron ausschließlich im Proximalen Tubulus nachweisbar
(apikal > basolateral). Die spezifische Aktivierung von
KNDP-(KATP)-Kir6.1/SUR2-Kanälen in Nephronkulturen und
HEK293-Zellen steigerte die Zellproliferation, was auf eine
wachstumsregulierende Rolle der frühen Kir6.1/SUR2-Expression
hinweist. Somit könnten zelluläre Entwicklungsprogramme der Niere
die Wachstumsrate über die Expression von Kalium-Kanälen
regulieren. (ii) Die mRNA des apikalen sekretorischen
Sammelrohr-Kalium-Kanals ROMK2(Kir1.1b) war von Beginn der
Entwicklung an in Ureterknospen/Sammelrohrepithelien exprimiert und
stieg während der Reifung des Kortikalen Sammelrohrs um den Faktor
4 an (postnatale Tage P7-28). Diese Zunahme spiegelt den Erwerb der
adulten Natrium-retinierenden Funktion des Sammelrohrepithels
wider. Die Protein-Expression von ROMK war in embryonalen
Nierenepithelien ubiquitär und apolar nachweisbar, jedoch postnatal
auf die apikale Plasmamembran des aufsteigenden Teils der
Henle'schen Schleife und des Sammelrohrs beschränkt. Die
ROMK-mRNA-Expression in embryonalen Sammelrohrepithelien war durch
cAMP stimulierbar. (iii) Während der frühen Genese des
Sammelrohrsystems wurden die mRNAs der Chlorid-Kanäle CFTR, CLC-2
und ICLn exprimiert, die sehr wahrscheinlich an der aus
Ureterknospen bekannten hohen fraktionellen Chlorid-Leitfähigkeit
beteiligt sind. Während der postnatalen Sammelrohrepithel-Reifung
wurde die mRNA des apikalen Natrium-Kanals ENaC transkriptionell
hochreguliert. So kann rechtzeitig die NaCl-resorbierende Funktion
der Niere des Neugeborenen sicher gestellt werden (zusammen mit der
Heraufregulation von ROMK).