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Untersuchungen zum Einfluss von Fibronektin auf die Adhäsivität von Podozyten unter mechanischer Dehnung und in der diabetischen Nephropathie

  • Die Morphologie der Podozytenfußfortsätze und eine intakte glomeruläre Basal-membran (GBM) sind essentiell für die Filtration des Blutes. Bei der diabetischen Nephropathie (DN), deren Inzidenz in den letzten Jahrzehnten deutlich gestiegen ist, kommt es neben pathologischen Veränderungen der Fußfortsätze auch zu Ablösung und Verlust der Podozyten. Als hochdifferenzierte, postmitotische Zellen können Podozyten nicht regeneriert werden. Jeder Verlust ist damit irreversibel. Aber auch weitreichende Veränderungen der GBM, sowie eine Sklero¬sierung der Glomeruli sind zu beobachten. Dies führt zu einer progredienten Nieren¬insuffizienz, welche oft im Nierenversagen endet. Man geht davon aus, dass glomeru¬lärer Hypertonus, der zur mechanischen Dehnung von Podozyten führt, ein wichtiger Teil des Pathomechanismus der DN ist. Welchen Einfluss mechanische Kräfte auf Podozyten haben war in der Vergangenheit nur unzureichend untersucht. Daher wurde von der AG Endlich ein Dehnungsapparat entwickelt, mit dem Zellen einer zyklischen mechanischen Dehnung ausgesetzt werden können. So konnte gezeigt werden, dass Podozyten mechanosensitiv sind und unter anderem mit Veränderungen des Aktin-Zytoskeletts auf mechanische Dehnung reagieren. Die vorliegende Arbeit zeigt zum einen, dass kultivierte Podozyten unter mechanischer Dehnung vermehrt das Protein Fibronektin bilden. Fibronektin ist ein essentielles Matrixprotein und spielt als Mechanotransducer in der Literatur eine große Rolle. Zum anderen zeigt die Arbeit, dass Fibronektin eine Schlüsselrolle hinsichtlich der Adhäsivität von kultivierten Podozyten unter mechanischer Dehnung spielt. Um das zu untersuchen, wurden Podozyten mit Fibronektin-Knockdown und -Knockout generiert und der Einfluss auf die Morphologie und Adhäsiviät der Podozyten untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass Podozyten ohne Fibronektin bei mechanischer Dehnung nach drei Tagen nur noch zu etwa 20 % auf der Membranoberfläche adhärent waren. Diese Ergebnisse verdeutlichen, dass Fibronektin für die Adhäsion von kultivierten Podozyten unter mechanischer Dehnung eine zentrale Rolle spielt. Durch Immun¬fluoreszenz¬färbung konnte an Biopsien nachgewiesen werden, dass Fibronektin in der GBM von Patienten mit DN vermehrt eingelagert wird. Die vorliegenden Ergebnisse deuten darauf hin, dass mechanische Dehnung der Podozyten in vivo zu einer Akkumulation von Fibronektin in der GBM führt, was langfristig sehr wahrscheinlich die Eigenschaften der GBM und die glomeruläre Filtration negativ beeinflusst. Die genaueren Zusammenhänge zwischen Mechanotransduktion und Fibronektin-expression aufzuschlüsseln sollte daher Ziel weiterführender Forschungsarbeiten sein, um in Zukunft einen therapeutischen Ansatz zur Behandlung der diabetischen Nephropathie zu entwickeln.
  • The morphology of the podocyte foot processes and an intact glomerular basement membrane (GBM) are essential for blood filtration. In diabetic nephropathy (DN), the incidence of which has increased significantly in recent decades, there are pathological changes in the foot processes, as well as detachment and loss of podocytes. As highly differentiated, postmitotic cells, podocytes cannot be regenerated. Any loss is therefore irreversible. But far-reaching changes in the GBM and sclerosis of the glomeruli can also be observed. This leads to progressive renal insufficiency, which often ends in renal failure. Glomerular hypertension leading to mechanical stretching of podocytes is thought to be an important part of the pathomechanism of DN. The influence of mechanical forces on podocytes has not been adequately investigated in the past. For this reason, Endlich et al. developed a stretching apparatus with which cells can be subjected to cyclic mechanical stretching. It could be shown that podocytes are mechanosensitive and, among other things, react to mechanical stretching with changes in the actin cytoskeleton. On the one hand, the present work shows that cultivated podocytes produce more of the protein fibronectin under mechanical stretching. Fibronectin is an essential matrix protein and plays an important role as a mechanotransducer according to the literature. On the other hand, the work shows that fibronectin plays a key role with regard to the adhesiveness of cultured podocytes due to mechanical stretching. To investigate this, podocytes were generated with fibronectin knockdown and knockout and the influence on the morphology and adhesiveness of the podocytes was investigated. It could be shown that podocytes without fibronectin were only about 20 % adherent to the membrane surface after three days of mechanical stretching. These results make it clear that fibronectin plays a central role in the adhesion of cultured podocytes due to mechanical stretching. Immunofluorescence staining of biopsies showed increased storage of fibronectin in the GBM of patients with DN. The present results indicate that mechanical stretching of the podocytes in vivo leads to an accumulation of fibronectin in the GBM, which in the long term most likely affects the properties of the GBM and glomerular filtration negatively. It should therefore be the aim of further research to analyse the more precise connections between mechanotransduction and fibronectin expression in order to develop a therapeutic approach to the treatment of diabetic nephropathy in the future.

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Metadaten
Author: Sören Kaling
URN:urn:nbn:de:gbv:9-opus-61836
Title Additional (English):Studies on the influence of fibronectin on the adhesiveness of podocytes due to mechanical stretching and in diabetic nephropathy
Referee:Prof. Dr. Nicole Endlich, Prof. Dr. Sebastian Bachmann
Advisor:Prof. Dr. Nicole Endlich
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Year of Completion:2022
Date of first Publication:2022/05/04
Granting Institution:Universität Greifswald, Universitätsmedizin
Date of final exam:2021/12/06
Release Date:2022/05/04
Tag:Fibronektin; Mechanische Dehnung; Podozyt
GND Keyword:Podocyte , Nephropathia diabetica , Niere , Nephrologie , Fibronectin , Adhäsion
Page Number:77
Faculties:Universitätsmedizin / Institut für Anatomie und Zellbiologie
DDC class:600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 610 Medizin und Gesundheit