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Michl, Marlies (2008): Untersuchungen zur Expression und Regulation des niedermolekularen Hitzeschockproteins αB-Crystallin in der Niere in vivo und in vitro. Dissertation, LMU München: Faculty of Medicine
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Abstract

Das kleine Hitzeschockprotein αB-Crystallin ist in vielen verschiedenen Gewebetypen u.a. in der Niere nachweisbar. Es wird sowohl unter physiologischen als auch unter pathophysiologischen Bedingungen exprimiert. Viele verschiedene Stressfaktoren induzieren in den betroffenen Zellen die Expression von αB-Crystallin, das – wie viele andere Hsps - als molekulares Chaperone die Zellen vor sonst letalen Umgebungseinflüssen schützt. Dies wird bewerkstelligt, indem es partiell oder komplett entfaltete, fehlgefaltete oder aggregierte Polypeptide bindet und deren native Konformation wiederherstellt, oder bei irreversibler Schädigung dem lysosomalen Abbau zuführt. Im Nierenmark stellen hohe extrazelluläre Konzentrationen an NaCl und Harnstoff, die im Rahmen der Harnkonzentrierung das interstitielle Milieu prägen, die größte Bedrohung für die Zellen der medullären Nephronanteile dar. Wie vorliegende Untersuchungen zeigen, exprimieren die Zellen der medullären Sammelrohre und der dünnen Schenkel der Henle-Schleife αB-Crystallin konstitutiv sehr stark und es macht im Innenmark etwa 2% des gesamten Zellproteins aus. Im Nierenkortex ist αB-Crystallin hingegen kaum nachweisbar. Da die αB-Crystallin Expression parallel zum osmotischen Gradienten vom Nierenkortex zum Innenmark ansteigt und in Diurese im Nierenmark signifikant abfällt, kann man davon ausgehen, dass die αB-Crystallin Expression wesentlich durch die interstitielle Osmolalität reguliert wird. Diese Annahme wird durch die vorliegenden in-vitro-Versuche mit MDCK-Zellen unterstützt, die zeigen, dass αB-Crystallin durch hypertonen Stress induzierbar ist. Interessanterweise führt auch eine erhöhte extrazelluläre Harnstoffkonzentration zur αB-Crystallin Induktion. αB-Crystallin wird daher vermutlich über andere Regulationsmechanismen induziert als beispielsweise Hsp72, ein gut untersuchtes Hsp in der Niere und TonEBP-Zielgen, welches durch erhöhte Harnstoffkonzentrationen nicht induzierbar ist. Dafür spricht auch, dass bei der Induktion von αB-Crystallin die JNK MAP-Kinase eine Rolle spielt und nicht die p38 MAP-Kinase, die an der Expression vieler anderer durch Hypertonizität induzierbarer Gene, u.a. Hsp72, beteiligt ist. Interaktionen zwischen αB-Crystallin und Stukturen des Zytoskeletts konnten im Rahmen dieser Arbeit nicht nachgewiesen werden. Die Ergebnisse lassen vermuten, dass αB-Crystallin im Rahmen der Harnkonzentrierung eine bedeutende Funktion für die Zellen im Innenmark der Niere zukommt und dass dessen Expression nicht nur durch hypertonen Stress, sondern auch durch hohe Harnstoffkonzentrationen und vermutlich mehrere andere Stressfaktoren im Nierenmark reguliert wird.

Abstract

alphaB-crystallin, a major component of the mammalian eye lens, is a small heat shock protein and molecular chaperone that is also abundant in the mammalian kidney. The present study aimed to characterize more closely the intrarenal expression and regulation of alphaB-crystallin in vivo and in vitro. In normal rat kidney, the expression of alphaB-crystallin mRNA and protein were both close to the detection limit in cortex, but increased steeply from the outer to the inner medulla where alphaB-crystallin constitutes approximately 2% of total tissue protein. Immunohistochemistry disclosed papillary collecting duct cells and thin limbs as the major sites for intrapapillary alphaB-crystallin immunoreactivity. In rats subjected to sucrose diuresis for 3 days, alphaB-crystallin mRNA expression was reduced by 27 and 46% in outer and inner medulla, respectively. In agreement with the results obtained in vivo, in Madine-Darby canine kidney cells, alphaB-crystallin mRNA and protein were induced significantly by elevating the medium osmolality to 500 mosm/kg H(2)O by the addition of NaCl and raffinose, and also by urea. The NaCl-induced increase in alphaB-crystallin expression was concentration-dependently blunted by SP600125, a specific JNK inhibitor. Overexpression of alphaB-crystallin in 293 cells resulted in increased tolerance to acute osmotic stress. These results indicate that alphaB-crystallin may be regulated by papillary interstitial tonicity in a JNK-dependent process. Moreover, the high abundance of alphaB-crystallin in the renal medulla may be important for cell survival in an environment characterized by extreme interstitial solute concentrations as present during antidiuresis.