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Identifizierung einer pathophysiologischen Rolle des Chemokinrezeptors CCR2 bei der fokal segmentalen Glomerulosklerose
Identifizierung einer pathophysiologischen Rolle des Chemokinrezeptors CCR2 bei der fokal segmentalen Glomerulosklerose
Heutzutage sind ca. 90% der Fälle chronischer Niereninsuffizienz im Endstadium auf primär glomeruläre Nephropathien zurückzuführen. Meist steht ein direkter oder indirekter Podozytenschaden am Beginn der Erkrankung, welcher zu einer glomerulären Vernarbung (Glomerulosklerose) führt. In frühen Stadien sind hierbei zunächst teilweise geschädigte Bereiche in einzelnen betroffenen Glomeruli zu beobachten (fokal segmentale Glomerulosklerose, FSGS). Klinisch äußert sich die FSGS mit Proteinurie im nephrotischen Bereich, in späteren Stadien kommt es oft zur terminalen Niereninsuffizienz mit Dialysepflichtigkeit. Immunologische Mechanismen spielen eine wichtige Rolle bei der Entwicklung und Progression der Glomerulosklerose. Renale Zellen sezernieren nach inflammatorischer Aktivierung chemotaktische Zytokine (Chemokine), die nach Bindung an korrespondierende Chemokin-Rezeptoren zur Einwanderung von Leukozyten in geschädigtes Gewebe führen. In der Vergangenheit wurden einige dieser Moleküle als therapeutische Zielstrukturen identifiziert. Die Blockade verschiedener Chemokine bei glomerulären Erkrankungen führt tierexperimentell zu verminderter Leukozyteninfiltration und geringerem strukturellen und funktionellem Nierenschaden. In vitro-Experimente zeigten, dass in isolierten Glomeruli zum Beispiel nach Stimulation mit TNF-α die Expression zahlreicher proinflammatorischer Mediatoren induziert wird. Am stärksten exprimiert wird hierbei interessanterweise das Chemokin CCL2 (auch: MCP1), das vor allem Chemotaxis und Aktivierung von Makrophagen bewirkt. Makrophagen exprimieren den korrespondierenden Rezeptor CCR2. Die Bindung von CCL2 an den Chemokinrezeptor vermittelt die Migration von Monozyten und Makrophagen in geschädigtes Gewebe und trägt so zur renalen Entzündungsreaktion und Gewebeschädigung bei. Entsprechend führt eine pharmakologische Blockade von CCL2 bei der murinen Glomerulonephritis, der Lupus-Nephritis sowie eine Ccl2-Defizienz bei Mäusen mit diabetischer Nephropathie zu einer Besserung der Erkrankung. Ebenso wurde durch pharmakologische Blockie-rung von CCR2 eine Verminderung des diabetischen Nierenschadens nachgewiesen. Interessanterweise exprimieren nicht nur die oben genannten Leukozytenpopulationen den Chemokinrezeptor CCR2, sondern auch glomeruläre Podozyten. Deren initiale Schädigung ist für die Entstehung einer FSGS entscheidend. Die Stimulation der CCL2/CCR2-Achse kann Podozyten inflammatorisch aktivieren, ihre Apoptose induzieren und ihre Motilität steigern. Durch Podozytenverlust tritt ein Funktionsverlust der glomerulären Filtrationsbarriere auf, es kommt zur Proteinurie. In Zusammenschau stellt der CCR2-Rezeptor daher ein vielversprechendes Zielmolekül eines dualen Therapieansatzes glomerulärer Erkrankungen dar. Seine Blockade könnte einerseits durch Verminderung der renalen Leukozyteninfiltration entzündungsbegrenzend wirken und zusätzlich direkte protektive Effekte auf Podozyten vermitteln. In der vorliegenden Arbeit wurde daher die Auswirkung einer Ccr2-Defizienz auf den Verlauf der FSGS untersucht. Hierzu wurden zunächst Analysen von Glomeruli an Tag 7, 14 und 28 der Adriamycin-Nephropathie durchgeführt, einem etablierten Mausmodell der primären FSGS. Hierbei zeigten sich eine progrediente Glomerulosklerose, die mit Verlust von glomerulärem Nephrin als Zeichen eines Podozytenschadens sowie einer Induktion der glomerulären Chemokinexpression von CCL2 und CCL5 einherging. Anschließend wurde die Adriamycin-Nephropathie in Wildtyp- und Ccr2-Knockout-Mäusen induziert. Nach vier Wochen wurde der Phänotyp hinsichtlich Proteinurie, funktionellen Parametern und allgemein strukturellem sowie podozytärem Schaden evaluiert. Hierbei zeigte sich ein abgeschwächter Verlauf der Adriamycin-Nephropathie bei Ccr2-Defizienz. Die Ccr2-defizienten Mäuse wiesen eine deutlich reduzierte Proteinurie, eine verbesserte Nierenfunktion und einen signifikant geringeren strukturellen Nierenschaden auf. Zudem zeigte sich eine verminderte renale Leukozyteninfiltration, insbesondere inflammatorischer Makrophagen sowie eine geringere renale Entzündungsreaktion. Des Weiteren waren die Anzahl renaler Myofibroblasten und die renale Akkumulation von Fibrozyten aus dem Knochenmark in der Ccr2-defizienten Gruppe vermindert. Auch die renale mRNA-Expression von Fibroblastenmarkern und extrazellulären Matrixmolekülen war in der Ccr2-defizienten Gruppe an Tag 28 der Adriamycin-Nephropathie vermindert. Zusammenfassend weisen diese Ergebnisse auf eine pathophysiologische Bedeutung von CCR2 bei der FSGS hin. Eine Blockade von CCR2 könnte daher auch eine Behandlungsstrategie bei der humanen FSGS darstellen., CC chemokines mediate leukocyte infiltration into inflamed tissue. We have shown that CCL2 is one of the most prominently induced chemokines in glomeruli after stimulation with TNF. Its corresponding receptor CCR2 is expressed in monocytes and macrophages and mediates infiltration of these cells into injured and inflamed tissues. Moreover, podocytes express CCR2 and CCR2 signalling can induce podocyte apoptosis and increases protein permeability of the glomerular sieve. Blockade of CCR2 is protective in glomerular diseases like lupus nephritis and diabetic nephropathy. However, it is not known whether Ccr2 deficiency or Ccr2 blockade has a beneficial effect on progressive renal injury in focal segmental glomerulosclerosis (FSGS). We therefore studied the phenotype of Ccr2-deficient mice in a murine model of adriamycin-induced FSGS with nephrotic syndrome and progressive interstitial inflammation and fibrosis. Progressive FSGS was induced in 9 week-old male BALB/c wild-type and Ccr2-deficient mice by two intravenous injections of adriamycin (11.5 mg/kg) at day 0 and 14, respectively. Initially, we analyzed expression of glomerular damage markers and inflammatory mediators in paramagnetically isolated glomeruli of wild-type mice exposed to adriamycin compared to saline-treated controls on day 7, 14 and 28 after the initial adriamycin injection. Furthermore, we assessed renal functional parameters, structural alterations, chemokine expression, and renal leukocyte infiltration in wild-type and Ccr2-deficient mice on day 28 of adriamycin nephropathy using ELISA, morphometry, immunohistochemistry, flow cytometry and RT-PCR. In isolated glomeruli of adriamycin-treated mice we found a significant decrease in nephrin and increased expression of the chemokines Ccl2 and Ccl5. The nephrotic syndrome was ameliorated in Ccr2-deficient mice with FSGS on day 28, as indicated by significantly reduced albuminuria and cholesterolemia compared to wild-type. In addition, Ccr2 deficiency reduced renal functional impairment. PAS staining revealed decreased glomerulosclerosis in Ccr2-deficient mice with FSGS. Renal leukocyte infiltration also decreased in the Ccr2-deficient group, in particular renal accumulation of Ccr2-positive inflammatory macrophages. Consistently, renal inflammation was reduced in Ccr2 deficient kidneys. Additionally, numbers of renal myofibroblasts and renal accumulation of bone marrow-derived fibrocytes was reduced in the Ccr2-deficient group compared to the wild-type. Consistently, renal m-RNA-expression of fibroblast markers and extracellular matrix molecules was reduced in Ccr2-deficient mice at day 28 of adriamycin nephropathy. In summary, these results identify a functional role for CCR2 in FSGS. Thus, blockade of CCR2 may be a potential therapeutic strategy in FSGS which can reduce glomerular injury and secondary fibrotic remodelling in diseased kidneys.
Not available
Wilkening, Anja
2019
German
Universitätsbibliothek der Ludwig-Maximilians-Universität München
Wilkening, Anja (2019): Identifizierung einer pathophysiologischen Rolle des Chemokinrezeptors CCR2 bei der fokal segmentalen Glomerulosklerose. Dissertation, LMU München: Faculty of Medicine
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Abstract

Heutzutage sind ca. 90% der Fälle chronischer Niereninsuffizienz im Endstadium auf primär glomeruläre Nephropathien zurückzuführen. Meist steht ein direkter oder indirekter Podozytenschaden am Beginn der Erkrankung, welcher zu einer glomerulären Vernarbung (Glomerulosklerose) führt. In frühen Stadien sind hierbei zunächst teilweise geschädigte Bereiche in einzelnen betroffenen Glomeruli zu beobachten (fokal segmentale Glomerulosklerose, FSGS). Klinisch äußert sich die FSGS mit Proteinurie im nephrotischen Bereich, in späteren Stadien kommt es oft zur terminalen Niereninsuffizienz mit Dialysepflichtigkeit. Immunologische Mechanismen spielen eine wichtige Rolle bei der Entwicklung und Progression der Glomerulosklerose. Renale Zellen sezernieren nach inflammatorischer Aktivierung chemotaktische Zytokine (Chemokine), die nach Bindung an korrespondierende Chemokin-Rezeptoren zur Einwanderung von Leukozyten in geschädigtes Gewebe führen. In der Vergangenheit wurden einige dieser Moleküle als therapeutische Zielstrukturen identifiziert. Die Blockade verschiedener Chemokine bei glomerulären Erkrankungen führt tierexperimentell zu verminderter Leukozyteninfiltration und geringerem strukturellen und funktionellem Nierenschaden. In vitro-Experimente zeigten, dass in isolierten Glomeruli zum Beispiel nach Stimulation mit TNF-α die Expression zahlreicher proinflammatorischer Mediatoren induziert wird. Am stärksten exprimiert wird hierbei interessanterweise das Chemokin CCL2 (auch: MCP1), das vor allem Chemotaxis und Aktivierung von Makrophagen bewirkt. Makrophagen exprimieren den korrespondierenden Rezeptor CCR2. Die Bindung von CCL2 an den Chemokinrezeptor vermittelt die Migration von Monozyten und Makrophagen in geschädigtes Gewebe und trägt so zur renalen Entzündungsreaktion und Gewebeschädigung bei. Entsprechend führt eine pharmakologische Blockade von CCL2 bei der murinen Glomerulonephritis, der Lupus-Nephritis sowie eine Ccl2-Defizienz bei Mäusen mit diabetischer Nephropathie zu einer Besserung der Erkrankung. Ebenso wurde durch pharmakologische Blockie-rung von CCR2 eine Verminderung des diabetischen Nierenschadens nachgewiesen. Interessanterweise exprimieren nicht nur die oben genannten Leukozytenpopulationen den Chemokinrezeptor CCR2, sondern auch glomeruläre Podozyten. Deren initiale Schädigung ist für die Entstehung einer FSGS entscheidend. Die Stimulation der CCL2/CCR2-Achse kann Podozyten inflammatorisch aktivieren, ihre Apoptose induzieren und ihre Motilität steigern. Durch Podozytenverlust tritt ein Funktionsverlust der glomerulären Filtrationsbarriere auf, es kommt zur Proteinurie. In Zusammenschau stellt der CCR2-Rezeptor daher ein vielversprechendes Zielmolekül eines dualen Therapieansatzes glomerulärer Erkrankungen dar. Seine Blockade könnte einerseits durch Verminderung der renalen Leukozyteninfiltration entzündungsbegrenzend wirken und zusätzlich direkte protektive Effekte auf Podozyten vermitteln. In der vorliegenden Arbeit wurde daher die Auswirkung einer Ccr2-Defizienz auf den Verlauf der FSGS untersucht. Hierzu wurden zunächst Analysen von Glomeruli an Tag 7, 14 und 28 der Adriamycin-Nephropathie durchgeführt, einem etablierten Mausmodell der primären FSGS. Hierbei zeigten sich eine progrediente Glomerulosklerose, die mit Verlust von glomerulärem Nephrin als Zeichen eines Podozytenschadens sowie einer Induktion der glomerulären Chemokinexpression von CCL2 und CCL5 einherging. Anschließend wurde die Adriamycin-Nephropathie in Wildtyp- und Ccr2-Knockout-Mäusen induziert. Nach vier Wochen wurde der Phänotyp hinsichtlich Proteinurie, funktionellen Parametern und allgemein strukturellem sowie podozytärem Schaden evaluiert. Hierbei zeigte sich ein abgeschwächter Verlauf der Adriamycin-Nephropathie bei Ccr2-Defizienz. Die Ccr2-defizienten Mäuse wiesen eine deutlich reduzierte Proteinurie, eine verbesserte Nierenfunktion und einen signifikant geringeren strukturellen Nierenschaden auf. Zudem zeigte sich eine verminderte renale Leukozyteninfiltration, insbesondere inflammatorischer Makrophagen sowie eine geringere renale Entzündungsreaktion. Des Weiteren waren die Anzahl renaler Myofibroblasten und die renale Akkumulation von Fibrozyten aus dem Knochenmark in der Ccr2-defizienten Gruppe vermindert. Auch die renale mRNA-Expression von Fibroblastenmarkern und extrazellulären Matrixmolekülen war in der Ccr2-defizienten Gruppe an Tag 28 der Adriamycin-Nephropathie vermindert. Zusammenfassend weisen diese Ergebnisse auf eine pathophysiologische Bedeutung von CCR2 bei der FSGS hin. Eine Blockade von CCR2 könnte daher auch eine Behandlungsstrategie bei der humanen FSGS darstellen.

Abstract

CC chemokines mediate leukocyte infiltration into inflamed tissue. We have shown that CCL2 is one of the most prominently induced chemokines in glomeruli after stimulation with TNF. Its corresponding receptor CCR2 is expressed in monocytes and macrophages and mediates infiltration of these cells into injured and inflamed tissues. Moreover, podocytes express CCR2 and CCR2 signalling can induce podocyte apoptosis and increases protein permeability of the glomerular sieve. Blockade of CCR2 is protective in glomerular diseases like lupus nephritis and diabetic nephropathy. However, it is not known whether Ccr2 deficiency or Ccr2 blockade has a beneficial effect on progressive renal injury in focal segmental glomerulosclerosis (FSGS). We therefore studied the phenotype of Ccr2-deficient mice in a murine model of adriamycin-induced FSGS with nephrotic syndrome and progressive interstitial inflammation and fibrosis. Progressive FSGS was induced in 9 week-old male BALB/c wild-type and Ccr2-deficient mice by two intravenous injections of adriamycin (11.5 mg/kg) at day 0 and 14, respectively. Initially, we analyzed expression of glomerular damage markers and inflammatory mediators in paramagnetically isolated glomeruli of wild-type mice exposed to adriamycin compared to saline-treated controls on day 7, 14 and 28 after the initial adriamycin injection. Furthermore, we assessed renal functional parameters, structural alterations, chemokine expression, and renal leukocyte infiltration in wild-type and Ccr2-deficient mice on day 28 of adriamycin nephropathy using ELISA, morphometry, immunohistochemistry, flow cytometry and RT-PCR. In isolated glomeruli of adriamycin-treated mice we found a significant decrease in nephrin and increased expression of the chemokines Ccl2 and Ccl5. The nephrotic syndrome was ameliorated in Ccr2-deficient mice with FSGS on day 28, as indicated by significantly reduced albuminuria and cholesterolemia compared to wild-type. In addition, Ccr2 deficiency reduced renal functional impairment. PAS staining revealed decreased glomerulosclerosis in Ccr2-deficient mice with FSGS. Renal leukocyte infiltration also decreased in the Ccr2-deficient group, in particular renal accumulation of Ccr2-positive inflammatory macrophages. Consistently, renal inflammation was reduced in Ccr2 deficient kidneys. Additionally, numbers of renal myofibroblasts and renal accumulation of bone marrow-derived fibrocytes was reduced in the Ccr2-deficient group compared to the wild-type. Consistently, renal m-RNA-expression of fibroblast markers and extracellular matrix molecules was reduced in Ccr2-deficient mice at day 28 of adriamycin nephropathy. In summary, these results identify a functional role for CCR2 in FSGS. Thus, blockade of CCR2 may be a potential therapeutic strategy in FSGS which can reduce glomerular injury and secondary fibrotic remodelling in diseased kidneys.