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Experimentelle Forschungsprojekte

Drittmittelförderung

Die Forschungsprojekte der nephrologischen Arbeitsgruppe werden durch folgende DFG-Fördermaßnahmen unterstützt:

• SFB 593, Teilprojekt A7
  
  
• FOR 1086, Teilprojekt 4
  
  
• Sachmittelbeihilfe Ko 1899/10-1
  
  
• Sachmittelbeihilfe Gr 1653/6-1

Einzelprojekte

Die experimentellen Forschungsprojekte gliedern sich in folgende Bereiche auf:

• Funktion endothelialer Ionenkanäle und deren Bedeutung bei arterieller Hypertonie
• Ionenkanäle und Kompartimentierung sowie deren pathologische Bedeutung
• Nierenfibrose und deren Regulation durch Ionenkanäle.

Darüber hinaus werden

• Nierentransplantatrejektion und lymphozytäre Ionenkanäle

untersucht.

Endotheliale Ionenkanäle und arterielle Hypertonie

Die Endothelschädigung und eine endotheliale Funktionsstörung stehen am Beginn einer Kaskade von Schädigungsprozessen der Arterienwand,  die zur Arteriosklerose und deren Folgeschäden führen. Die Prozesse, und hier insbesondere die endotheliale Dysfunktion, sind bei arterieller Hypertonie und Niereninsuffizienz besonders akzelleriert. In unserer Arbeits­gruppe konnte die spezifische regulatorische Funktion von Ionenkanälen im bei endothelialer Dysfunktion und bei arterieller Hypertonie sowie beim pathologischen Gefäßwand­remodel­ling aufgezeigt werden. Vorrangig werden Kaliumkanäle bei der endothelabhängigen Vaso­dila­tation, mechanosensitive Ca-Kanäle bei Hypertonie sowie K2P-Kanäle des Endothels untersucht. Weiterhin werden spezifische Kaliumkanäle beim Remodelling, Intima­pro­lifera­tion und bei Restenoseprozessen untersucht.

Im Rahmen der aktuellen Projekte konnte die Arbeitsgruppe nachweisen:

• dass das EDHF-System, eines der drei wichtigen vasodilatatorischen Systeme des Gefäß­endothels, auf der Funktion von zwei Ca-aktivierten Kaliumkanälen beruht. Im knock-out-Modell führt die Defizienz der Kanäle zur Blutdrucksteigerung und könnte somit eine Bedeutung bei der Entstehung einer arteriellen Hypertonie haben (Publikation: Brähler et al., Circulation, 2009; Si et al., Circ. Res., 2006).
  
  
• Der Ca-permeable TRPV4-Kanal konnte als endothelialer Mechanosensor, der die flussabhängige Vasodilatation steuert, identifiziert und eine Störung mechanosensitiver Kationenkanäle bei experimenteller Hypertonie nachgewiesen werden (Hartmannsgruber et al., PLoS One, 2006; Köhler et al., ATVB., 2006).
  
  
• Ca-aktivierte Kaliumkanäle spielen eine wichtige Rolle bei der Hyperproliferation von glatten Gefäßmuskelzellen der Intima und ihre spezifische Blockade kann therapeutisch im experimentellen Restenosemodell eingesetzt werden (Köhler et al., Circulation, 2003).
  
  
• In einem neueren Projekt wird zusammen mit den Arbeitsgruppen einer DFG-Forschergruppe die Funktion von sog. Zwei-Poren-Kanälen bei die vasodilatatorischen Funktion des Gefäßendothels untersucht. (FOR 1086, TP 4)

Ionenkanäle und funktionelle Kompartimentierung

Im Gefäßendothel stellen Caveolae hochspezialisierte Membranareale bzw. –kompartimente dar, in denen durch Assemblierung unterschiedlicher Proteine spezifische Funktionen, wie z.B. die NO-Synthese, lokalisiert sind. Unsere Arbeitsgruppe untersucht durch in vitro-, in situ- und in vivo-Studien welche Ionenkanäle in Caveolae integriert sind, welche funktionelle Bedeutung diesen Kanälen im Zusammenspiel mit anderen caveolären Proteinen zukommt und welchen Veränderungen das caveoläre Kompartiment mit den assoziierten Kanäle unter pathologischen Bedingungen unterliegt. Ebenso werden die posttranslationale Regulation und das trafficing der Ionenkanäle bezüglich ihrer Integration in die Caveolae untersucht. Die Untersuchungen erfolgen als Teilprojekt im SFB 593 in enger Kooperation mit den Arbeitsgruppen des SFB. (SFB 593, TP A 11).

Nierenfibrose und Ionenkanäle

Die Prognose einer chronischen Niereninsuffizienz wird ganz wesentlich durch den Grad bzw. den Progress der interstitiellen Fibrose bestimmt. Eine zentrale Rolle kommt dabei den matrixproduzierenden Fibroblasten des renalen Interstitiums zu. In zellbiologischen und tier­experimentellen Untersuchungen konnten wir zeigen, dass die Aktivierung von Fibro­blasten durch Kaliumkanäle reguliert wird. Nach Rezeptorstimulation durch bFGF oder TGF-ß werden über den RAS-RAF-MEK-ERK-Signaltransduktionsweg Kaliumkanäle des Subtyps KCa3.1 hochreguliert. Sie bewirken über einen Kaliumausstrom einen gesteigerten Ca-Einstrom in die Zelle mit nachfolgender Stimulation der Zellproliferation. In tierexperimen­tellen Untersuchungen konnte die Regulation der Fibroblastenaktivität durch die KCa3.1 auch in vivo nachgewiesen werden: die Fibroseentstehung im UUO-Fibrosemodell war bei KCa3.1-defizienten Mäusen im Vergleich zu Wildtyp-Kontrollen hochsignifikant inhibiert. Die pharma­kolo­gische Blockade des Kaliumkanals mit einer spezifischen Blockersubstanz hatte in einer mehrwöchigen Studie den gleichen Effekt, so dass hieraus ein neuer therapeutischer Ansatz  zur antifibrotischen Behandlung nierenkranker Patienten abgeleitet werden kann. (Publikationen: Grgic et al., PNAS, 2009).

Transplantation: Lymphozytäre Ionenkanäle und Transplantatrejektion

Kaliumkanäle der Subtypen Kv2.1 und KCa3.1 regulieren die Proliferation von T-Lympho­zyten. In einer klinischen Studie konnten wir nachweisen, dass T-lymphozytäre KCa3.1 bei nierentransplantierten Patienten sehr gut mit einer T-Lymphozytenaktivierung korreliert und sie klinisch als frühzeitiger laborchemische Marker für eine Abstossungsreaktion fungieren. Bei inzipienter Rejektion können sie bereits vor einem Anstieg des Serumkreatinin die Hoch­regulation der KCa3.1 an Lymphozyten der Patienten mit bioptisch gesicherter Transplantat­­rejektion nachge­wiesen werden. (Publikation: Grgic et al., Transplantation Proc., 2009).  

Methodenspektrum der eigenen Arbeitsgruppe

• Gentechnik: Etablierung von eigenen knock-out Mäusen, Züchtung von mehrfach transgenen Mäusen.
  
  
• Elektrophysiologie: Sämtliche Patch-clamp-Techniken. Punktionselektrophysiologie.
  
  
• Zellbiologie und Biochemie: Sämtliche PCR-Techniken inkl. single-cell real-time PCR. Western- und Northern-Blotting. FACS-Analyse, Gen-Transfektion.
  
  
• Imaging: Konfokale Mikroskopie, Fluoreszenzmikroskopie; Immunhistologie.
  
  
• Physiologie: Perfusionsmyographie; kardiovaskuläre Telemetrie, Blutdruckmessungen.
  
  
• Tierexperimentell: exp. Hypertoniemodelle: inkl. SHR, SHRSP,   Nierenarterienstenose­ u. ANGII-induzierte HT.
  
  
• Restenosemodell: Ballondilatation der A. carot. und A. fem.
  
  
• Nierenfibrosemodelle: UUO- und Ischämie-Reperfusion-Modelle
  
  
• Kardiale Fibrose: Aortenbanding-Modell
  
  
• Transplantation: Fisher-Lewis-Nierentransplantation; Arterientransplantation der A. carotis