Nierenversagen: Ortungssignal für die Zellteilung

Damit die Niere reibungslos arbeiten kann, müssen Millionen Zellen exakt nach einem vorgegebenen Bauplan angeordnet werden. Wissenschaftler der Philipps-Universität und des Max-Planck-Instituts für Herz- und Lungenforschung in Bad Nauheim haben nun entdeckt, dass Nierenzellen Signale an sich teilende Nachbarzellen aussenden, um die Reparatur der Niere nach akutem Nierenversagen zu organisieren. Zukünftig könnte sich damit die Regeneration geschädigter Organe verbessern lassen.

Ohne Zell-GPS fehlt Zellen die Orientierung. Während normale Nierenzellen (links) nebeneinander liegen und innen ein Röhrchen für den entstehenden Harn frei lassen, teilen sich Nierenzellen ohne Plexin-B2-Rezeptor nach innen, kommen übereinander zu liegen und verstopfen das Röhrchen. (Fotos: MPI f. Herz- und Lungenforschung)

Die Niere filtert kontinuierlich Abfall- und Giftstoffe aus dem Blut. Diese werden über den Harn aus dem Körper abgeführt. Die Filtration findet in zahlreichen mikroskopisch kleinen Röhrchen, den Tubuli, statt. Deren Innenfläche ist von sogenannten Epithelzellen ausgekleidet. Ähnlich wie die Bootsplanken eines Schiffsrumpfes müssen die einzelnen Epithelzellen in den Tubuli exakt angeordnet sein, damit die Niere reibungslos arbeiten kann.

Bei Patienten auf der Intensivstation versagt häufig die Niere. Dabei sterben einige der Epithelzellen ab. Die entstehende Lücke schließen überlebende Epithelzellen aus der Umgebung, indem sie durch Zellteilung neue Zellen bilden. Dabei ist entscheidend, dass sich die neu gebildeten Zellen wieder exakt an der korrekten Position einfügen. Geschieht dies nicht, könnten sich teilende Zellen das Röhreninnere der Tubuli verstopfen und so die Funktion der Niere beeinträchtigen.

Die räumliche Anordnung der sich teilenden Epithelzellen wird durch die Orientierung des sogenannten Spindelapparats bestimmt. Dieses Bündel aus Proteinfäden zieht die Chromosomen zu den gegenüberliegenden Zellpolen und verteilt sie gleichmäßig auf die neu gebildeten Zellen. Die Arbeitsgruppe von Thomas Worzfeld am Pharmakologischen Institut in Marburg und am Max-Planck-Institut für Herz- und Lungenforschung in Bad Nauheim hat nun untersucht, auf welche Weise die Orientierung des Spindelapparats während der Zellteilung gesteuert wird.

Dabei fanden die Wissenschaftler heraus, dass benachbarte Epithelzellen über Signalmoleküle miteinander kommunizieren. Auf diese Weise beeinflussen sie die Orientierung des Spindelapparates und steuern dadurch die räumliche Anordnung der neuen Zellen. „Wie beim GPS-System gibt es eine Antenne, die Signale empfängt. Dabei handelt es sich um den Rezeptor Plexin-B2. Dieser empfängt das Positionssignal der Nachbarzellen“, so Worzfeld.

Das „GPS-Positionssignal“ selbst stellt eine als Semaphorine bezeichnete Gruppe von Signalmolekülen dar. Durch einen gentechnischen Eingriff schaltete Worzfelds Arbeitsgruppe einzelne Semaphorine in Mäusen aus. Dies führte dazu, dass die Epithelzellen sich nicht mehr korrekt ausrichteten, sondern stattdessen die Tubuli verstopften. „Das gleiche beobachteten wir bei Mäusen, denen der Rezeptor Plexin-B2, also die Antenne, fehlt“, sagt Worzfeld.

In beiden Fällen führte dies bei den Mäusen dazu, dass sich die geschädigte Niere nicht regenerierte und ihre Funktion beeinträchtigt blieb. „Mit dieser Studie haben wir eine bislang unbekannte Funktion des Rezeptors Plexin-B2 und dessen Bindungspartnern, den Semaphorinen, aufgedeckt“, so Worzfeld. Es handelt sich um einen grundlegenden Mechanismus, über den sich die Niere nach einem Nierenversagen wieder heilt. Die Wissenschaftler wollen nun untersuchen, ob Plexin-B2 und die Semaphorine auch bei der Reparatur anderer Organe und bei Erkrankungen wie zum Beispiel Krebs eine Rolle spielen.

Professor Dr. Thomas Worzfeld lehrt Pharmakologie am Fachbereich Medizin der Philipps-Universität. An der aktuellen Veröffentlichung sind neben Worzfelds Arbeitsgruppe am Max-Planck-Institut für Herz- und Lungenforschung in Bad Nauheim und am Pharmakologischen Institut in Marburg das molekularbiologische Forschungszentrum „Severo Ochoa“ ( CBMSO ) in Spanien und das Deutsche Krebsforschungszentrum in Heidelberg beteiligt, außerdem weitere Wissenschaftler aus Dänemark, Japan und den USA. Die Forschungsarbeit wurde unter anderem durch das Universitätsklinikum Gießen und Marburg (UKGM) finanziell gefördert.
(Pressetext: Dr. Matthias Heil, MPI-BN)

Originalveröffentlichung: Jingjing Xia & al.: Semaphorin-plexin signaling controls mitotic spindle orientation during epithelial morphogenesis and repair, Developmental Cell 2015, DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.devcel.2015.02.001

Weitere Informationen:

Ansprechpartner: Professor Dr. Thomas Worzfeld,
Biochemisch-Pharmakologisches Centrum
Tel.: 06421 28-65005
E-Mail: thomas.worzfeld@staff.uni-marburg.de
Internet: http://www.bpc-marburg.de/plexins-worzfeld-lab/