Open Access

Philipp Gregor Albert

• Störungen im Calcium- und Phosphatstoffwechsel bei chronisch Nierenkranken führen zur sogenannten „Chronic Kidney Disease - Mineral and Bone Disorder“ (CKD-MBD). Die CKD- MBD umfasst neben laborchemischen Veränderungen und Knochenerkrankungen vor allem Gefäßverkalkungen. Letztere sind aktive vaskuläre Umbauprozesse und finden sich insbesondere in der Tunica media arterieller Gefäße, mit einer Assoziation zu einer erhöhten kardiovaskulären Mortalität. Ziel dieser Arbeit war es, vertiefende Einblicke in den Prozess der vaskulären Kalzifikation zu erlangen. Hierbei sollte die Frage geklärt werden, über welche Signalwege das in urämischen Gefäßen überexprimierte TGF-ß1 möglicherweise zur Inhibition vaskulärer Kalzifikation beiträgt und ob eine Beeinflussung möglich ist. Zur Klärung dieses Sachverhalts wurde ein in vitro Zellkulturmodell (human vascular smooth muscle cells, hVSMCs) durch Zusatz von erhöhtem Calcium- und Phosphat etabliert, ähnlich den laborchemischen Veränderungen bei CKD-MBD. Die kalzifikationsbeeinflussende Rolle von TGF-ß1 sollte geklärt und mit dem SAPK/JNK (stress- activated protein-kinase/ c-Jun N-terminale Kinase) Signalweg eine mögliche Interaktion dieser beiden Signalkaskaden identifiziert werden. Außerdem sollte der Stellenwert der Apoptose sowie der osteogenen Differenzierung im Prozess vaskulärer Kalzifikation analysiert werden. TGF-ß1 zeigte eine konzentrationsabhängige, kalzifikationsinhibierende Wirkung. TGF-ß1 vermittelte diesen Effekt unter anderem über Phosphorylierung der Proteinkinase SAPK/JNK, die im Zusammenhang mit Apoptose, Zellproliferation und Differenzierungsprozessen steht. Weiterhin konnte bestätigt werden, dass die Apoptose eine wichtige Rolle bei der Initiation der vaskulären Kalzifikation spielt. Die weiterführende Erforschung der Interaktion des SAPK/JNK Signalwegs mit TGF-ß1 und einem damit verbundenem, potentiellen Therapieansatz bei Patienten mit vaskulärer Kalzifikation sollte in vivo in einem Tiermodell untersucht werden, insbesondere um herauszufinden, ob der Signalweg ohne Beeinträchtigung wichtiger zellulärer Funktionen beeinflusst werden kann. Sowohl TGF-ß1 als auch SAPK/JNK könnten mögliche Targets für neue therapeutische Strategien wie die Entwicklung von sog. „biased ligands“ darstellen, welche selektiv bestimmte Signalwege regulieren können.
• Disturbance in calcium – and phosphate metabolism in patients suffering chronic kidney disease secondary leads to cardiovascular diseases. Chronic Kidney Disease – Mineral and Bone Disorder (CKD-MBD), which is accompanied with altered levels of serum calcium and phosphate is highly related to vascular calcification and serves as a reliable indicator of end- stage renal disease (ESRD). Active vascular remodeling processes especially in the medial wall of arterial vessels are responsible for high mortality rates of patients with chronic kidney disease. Aim of this work was to investigate processes that are responsible for vascular calcification. Several studies pointed out the influence of TGF-ß1 on the progression of vascular calcification. So far the ultimate way how TGF-ß1 signaling plays a role in this progress is unknown. For the investigation an in vitro cell culture model of human vascular smooth muscle cells (hVSMCs) was established by adding increased calcium and phosphate levels, similar to the situation in patients with CKD-MBD. This study investigated the impact of the calcification progress that is caused through TGF-ß1 by using SAPK/JNK signaling (stress-activated protein kinase/c-Jun N-terminal kinase). Additionally, the role of apoptosis and osteogenic differentiation using these signaling in the process of vascular calcification was analyzed. TGF-ß1 showed concentration-dependent inhibiting effects of calcifying processes. TGF-ß1 mediated these effects using phosphorylation of the SAPK/JNK signaling, which is associated with apoptosis, cell proliferation and differentiation processes. It could also be confirmed that apoptosis plays an important role in the initiation of vascular calcification. Further studies concerning the interaction of SAPK/JNK signaling and TGF-ß1 and an associated therapeutic approach in patients with vascular calcification should be investigated. Therefore an in vivo animal model could be usefull.