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Beeinflussung der diabetischen Nephropathie durch den atypischen Chemokinrezeptor 2
Beeinflussung der diabetischen Nephropathie durch den atypischen Chemokinrezeptor 2
Die diabetische Nephropathie gehört zu den bedeutendsten Pathologien der Nephrologie mit hoher klinischer Relevanz. Inflammatorische Prozesse mit leukozytärer Infiltration in das renale Gewebe spielen eine wichtige pathophysiologische Rolle, tragen zur Gewebeschädigung bei und verstärken den Nierenfunktionsverlust. Die Leukozyteninfiltration wird durch Chemokine und deren Rezeptoren gesteuert. CCL2 ist ein klassisches proinflammatorisches Chemokin, das vor allem lokal im Gewebe produziert zur Pathologie beiträgt. Seit einigen Jahren sind atypische Chemokinrezeptoren wie der atypische Chemokinrezeptor 2 (ACKR2) bekannt. Diese vermitteln nicht wie die typischen Chemokinrezeptoren eine Signaltransduktion nach Ligandenbindung, sondern internalisieren vielmehr die gebundenen Chemokine und können zu deren Abbau führen. Daher wird den atypischen Chemokinrezeptoren vor allem eine lokale Beeinflussung des Entzündungsgeschehens zugeschrieben. So kann der ACKR2 durch seine Chemokin-abbauende Funktion auch in Tiermodellen verschiedener Nierenerkrankungen renale Entzündung, Gewebeschädigung und Fibrose limitieren und damit der Entwicklung eines chronischen Nierenfunktionsverlusts entgegenwirken. Ziel dieser Arbeit war daher, zunächst erfolgreich einen durch Streptozotocin-Injektionen induzierten Diabetes mellitus im Tiermodell auszulösen und anschließend die Beeinflussung der sich entwickelnden diabetischen Nephropathie durch den atypischen Chemokinrezeptor ACKR2 zu untersuchen. Dieser Arbeit lag die Hypothese zugrunde, dass bei Fehlen des entzündungsbegrenzenden Effekts von ACKR2 die diabetische Nephropathie in den Versuchstieren verschlechtert wird. Zur Untersuchung dieser Annahme wurde der Verlauf der diabetischen Nephropathie in Wildtyp-Mäusen (C57BL/6J) und Ackr2-Knockout-Mäusen (Ackr2-/-) im gleichen genetischen Hintergrund verglichen. Zur Induktion des diabetischen Nephropathiemodells wurde zunächst in beiden Mausgruppen eine unilaterale Nephrektomie durchgeführt, um eine für den Diabetes charakteristische Hyperfiltration in der verbliebenen Niere auszulösen und die nachfolgende diabetische Nierenschädigung zu akzelerieren. Anschließend wurde durch Streptozotocin-Injektionen in den Mäusen der Diabetes induziert und nachfolgend die sich entwickelnde diabetische Nephropathie bis Woche 25 im Vergleich zu unbehandelten Kontrolltieren charakterisiert. Hierbei wurden funktionelle Parameter wie Albuminurie und glomeruläre Filtrationsrate bestimmt. Am Versuchsende wurden strukturelle Veränderung des Nierengewebes wie Mesangiumexpansion und renale Fibrose analysiert und das Ausmaß der Nierenentzündung, insbesondere die renale Leukozyteninfiltration und der renale Gehalt proinflammatorischer Chemokine, erfasst. Im ersten Teil der Arbeit konnte erfolgreich ein Diabetes mit erhöhten Blutzuckerwerten und erhöhtem HbA1c in Wildtyp-Mäusen induziert werden. Die erhobenen funktionellen Parameter wiesen auf eine diabetische Nierenschädigung hin, mit im Verlauf zunehmender Albuminurie und abnehmender GFR. Auch konnte strukturell in den Glomeruli eine vermehrte Mesangiumexpansion mit vermehrter Leukozyteninfiltration gezeigt werden. Desweiteren wurde der Phänotyp der diabetischen Versuchstiere beider Genotypen miteinander verglichen. Hier zeigten sich zunächst keine Unterschiede in der Entwicklung des Diabetes in Wildtyp- und Ackr2-defizienten Mäusen. Der Diabetes hatte sich somit unbeeinflusst von einer Ackr2-Defizienz entwickelt. Es konnte eine erhöhte Konzentration des proinflammatorischen Chemokins CCL2 im Plasma vor allem der Ackr2-/--Tiere nachgewiesen werden. Im Vergleich zum Wildtyp zeigte sich in Ackr2-defizienten diabetischen Mäusen auch eine vermehrte Rekrutierung von proinflammatorischen Leukozyten in das Nierengewebe, ebenso wie eine erhöhte Leukozytenzahl im Blut und in der Milz. Desweiteren fielen im Knochenmark der diabetischen Ackr2-/--Mäuse eine erniedrigte Leukozytenzahl und eine Reduktion inflammatorischer Makrophagen auf, was für eine verstärkte Chemokin-vermittelte Mobilisation von Leukozyten aus dem Knochenmark in peripheres Gewebe bei Ackr2-Defizienz spricht. Funktionelle und strukturelle Marker der diabetischen Nierenschädigung waren allerdings in Wildtyp- und Ackr2-/--Mäusen zu Woche 25 der diabetischen Nephropathie nicht signifikant unterschiedlich, wobei sich eine tendenzielle, nicht statistisch signifikante Verschlechterung dieser Parameter in Ackr2-/--Tieren zeigte. Zusammenfassend konnte in der vorliegenden Arbeit ein signifikanter Einfluss von ACKR2 auf die inflammatorischen Prozesse der diabetischen Nephropathie gezeigt werden, der sich allerdings zumindest im Verlauf bis Woche 25 nur auf eine signifikant verstärkte renale Leukozyteninfiltration in Ackr2-defizienten Tieren beschränkte, die nicht mit einer signifikanten funktionellen Verschlechterung oder einem vermehrten renalen Gewebeschaden einherging. Allerdings fand sich ein nicht signifikanter Trend zu einem verstärkten glomerulären Schaden bei Ackr2-Defizienz. Die vorliegende Arbeit zeigt somit, dass im hier untersuchten Streptozotocin-induzierten Diabetes-Modell mit insgesamt geringer renaler Entzündungsaktivität der entzündungsbegrenzende Effekt von ACKR2 den auftretenden Nierenschaden im Gegensatz zu anderen renalen Krankheitsmodellen nicht vermindert. Dass ACKR2 die renale Leukozyteninfiltration bis Woche 25 des Modells begrenzt, könnte jedoch darauf hinweisen, dass bei längerem Verlauf des Krankheitsmodells ein nephroprotektiver Effekt von ACKR2 nachgewiesen werden könnte, mit zunehmend verschlechterten funktionellen und strukturellen Markern der Nierenschädigung in diabetischen Ackr2-/--Mäusen., Because of its clinical relevance, diabetic nephropathy is one of the most significant pathologies in nephrology. Controlled by chemokines and their receptors, leukocyte infiltration into renal tissue contributes to functional and structural inflammatory renal damage. The proinflammatory chemokine CCL2, secreted locally in tissues, contributes to the pathology of diabetic nephropathy. In recent years, atypical chemokine receptors like the atypical chemokine receptor 2 (ACKR2) became known. In contrast to typical signal transduction after binding, these receptors rather internalize bound chemokines and can promote their degradation. Thus, atypical chemokine receptors like ACKR2 can influence local inflammatory processes by degradation of e.g. CCL2 and may therefore limit structural and functional renal damage. Aim of this dissertation was first to induce diabetic disease in mice by injection of streptozotocin and further to analyze effects of ACKR2 on the development of diabetic nephropathy, hypothesizing that lack of ACKR2 leads to accelerated renal damage. The development of diabetic nephropathy was compared between wildtype mice and Ackr2 knockout mice. To accelerate diabetic kidney injury by promoting renal hyperfiltration, unilateral nephrectomy was performed in all experimental animals before diabetes was induced by streptozotocin injection. Diabetic mice were observed for 25 weeks. Functional parameters including albuminuria and glomerular filtration rate were determined. Finally, structural renal damage, renal leukocyte infiltration and abundance of proinflammatory chemokines were analyzed. In the first part of this study, diabetes mellitus was induced successfully in wildtype mice. Blood sugar levels and HbA1c were elevated and functional parameters reflecting renal damage like albuminurie and reduced GFR were present. In addition, structural damage could be observed in glomeruli, with mesangial matrix expansion and increased leukocyte infiltration. Diabetic disease developed similarly in wildtype and Ackr2-deficient mice. Some differences in inflammatory responses were noted between the two genotypes. These included elevated leukocyte levels in renal tissue and blood , increased mobilization of bone marrow cells and a higher CCL2 levels in plasma of diabetic Ackr2 knockout mice. However, no difference in structural and functional renal damage could be observed comparing diabetic wildtype and Ackr2 knockout mice. In summary, this study demonstrates a significant influence of ACKR2 on inflammatory responses in diabetic nephropathy. ACKR2 apparently limits leukocyte infiltration into renal tissue until week 25 of diabetic nephropathy. However, despite increased renal leukocyte infiltration Ackr2 deficiency did not result in more severe functional or structural renal damage until week 25 of this streptozotocin-induced diabetic mouse model. An extended observational time could possibly show stronger nephroprotectic effects of ACKR2 in this model.
Not available
Mertsch, Manuela
2023
German
Universitätsbibliothek der Ludwig-Maximilians-Universität München
Mertsch, Manuela (2023): Beeinflussung der diabetischen Nephropathie durch den atypischen Chemokinrezeptor 2. Dissertation, LMU München: Faculty of Medicine
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Abstract

Die diabetische Nephropathie gehört zu den bedeutendsten Pathologien der Nephrologie mit hoher klinischer Relevanz. Inflammatorische Prozesse mit leukozytärer Infiltration in das renale Gewebe spielen eine wichtige pathophysiologische Rolle, tragen zur Gewebeschädigung bei und verstärken den Nierenfunktionsverlust. Die Leukozyteninfiltration wird durch Chemokine und deren Rezeptoren gesteuert. CCL2 ist ein klassisches proinflammatorisches Chemokin, das vor allem lokal im Gewebe produziert zur Pathologie beiträgt. Seit einigen Jahren sind atypische Chemokinrezeptoren wie der atypische Chemokinrezeptor 2 (ACKR2) bekannt. Diese vermitteln nicht wie die typischen Chemokinrezeptoren eine Signaltransduktion nach Ligandenbindung, sondern internalisieren vielmehr die gebundenen Chemokine und können zu deren Abbau führen. Daher wird den atypischen Chemokinrezeptoren vor allem eine lokale Beeinflussung des Entzündungsgeschehens zugeschrieben. So kann der ACKR2 durch seine Chemokin-abbauende Funktion auch in Tiermodellen verschiedener Nierenerkrankungen renale Entzündung, Gewebeschädigung und Fibrose limitieren und damit der Entwicklung eines chronischen Nierenfunktionsverlusts entgegenwirken. Ziel dieser Arbeit war daher, zunächst erfolgreich einen durch Streptozotocin-Injektionen induzierten Diabetes mellitus im Tiermodell auszulösen und anschließend die Beeinflussung der sich entwickelnden diabetischen Nephropathie durch den atypischen Chemokinrezeptor ACKR2 zu untersuchen. Dieser Arbeit lag die Hypothese zugrunde, dass bei Fehlen des entzündungsbegrenzenden Effekts von ACKR2 die diabetische Nephropathie in den Versuchstieren verschlechtert wird. Zur Untersuchung dieser Annahme wurde der Verlauf der diabetischen Nephropathie in Wildtyp-Mäusen (C57BL/6J) und Ackr2-Knockout-Mäusen (Ackr2-/-) im gleichen genetischen Hintergrund verglichen. Zur Induktion des diabetischen Nephropathiemodells wurde zunächst in beiden Mausgruppen eine unilaterale Nephrektomie durchgeführt, um eine für den Diabetes charakteristische Hyperfiltration in der verbliebenen Niere auszulösen und die nachfolgende diabetische Nierenschädigung zu akzelerieren. Anschließend wurde durch Streptozotocin-Injektionen in den Mäusen der Diabetes induziert und nachfolgend die sich entwickelnde diabetische Nephropathie bis Woche 25 im Vergleich zu unbehandelten Kontrolltieren charakterisiert. Hierbei wurden funktionelle Parameter wie Albuminurie und glomeruläre Filtrationsrate bestimmt. Am Versuchsende wurden strukturelle Veränderung des Nierengewebes wie Mesangiumexpansion und renale Fibrose analysiert und das Ausmaß der Nierenentzündung, insbesondere die renale Leukozyteninfiltration und der renale Gehalt proinflammatorischer Chemokine, erfasst. Im ersten Teil der Arbeit konnte erfolgreich ein Diabetes mit erhöhten Blutzuckerwerten und erhöhtem HbA1c in Wildtyp-Mäusen induziert werden. Die erhobenen funktionellen Parameter wiesen auf eine diabetische Nierenschädigung hin, mit im Verlauf zunehmender Albuminurie und abnehmender GFR. Auch konnte strukturell in den Glomeruli eine vermehrte Mesangiumexpansion mit vermehrter Leukozyteninfiltration gezeigt werden. Desweiteren wurde der Phänotyp der diabetischen Versuchstiere beider Genotypen miteinander verglichen. Hier zeigten sich zunächst keine Unterschiede in der Entwicklung des Diabetes in Wildtyp- und Ackr2-defizienten Mäusen. Der Diabetes hatte sich somit unbeeinflusst von einer Ackr2-Defizienz entwickelt. Es konnte eine erhöhte Konzentration des proinflammatorischen Chemokins CCL2 im Plasma vor allem der Ackr2-/--Tiere nachgewiesen werden. Im Vergleich zum Wildtyp zeigte sich in Ackr2-defizienten diabetischen Mäusen auch eine vermehrte Rekrutierung von proinflammatorischen Leukozyten in das Nierengewebe, ebenso wie eine erhöhte Leukozytenzahl im Blut und in der Milz. Desweiteren fielen im Knochenmark der diabetischen Ackr2-/--Mäuse eine erniedrigte Leukozytenzahl und eine Reduktion inflammatorischer Makrophagen auf, was für eine verstärkte Chemokin-vermittelte Mobilisation von Leukozyten aus dem Knochenmark in peripheres Gewebe bei Ackr2-Defizienz spricht. Funktionelle und strukturelle Marker der diabetischen Nierenschädigung waren allerdings in Wildtyp- und Ackr2-/--Mäusen zu Woche 25 der diabetischen Nephropathie nicht signifikant unterschiedlich, wobei sich eine tendenzielle, nicht statistisch signifikante Verschlechterung dieser Parameter in Ackr2-/--Tieren zeigte. Zusammenfassend konnte in der vorliegenden Arbeit ein signifikanter Einfluss von ACKR2 auf die inflammatorischen Prozesse der diabetischen Nephropathie gezeigt werden, der sich allerdings zumindest im Verlauf bis Woche 25 nur auf eine signifikant verstärkte renale Leukozyteninfiltration in Ackr2-defizienten Tieren beschränkte, die nicht mit einer signifikanten funktionellen Verschlechterung oder einem vermehrten renalen Gewebeschaden einherging. Allerdings fand sich ein nicht signifikanter Trend zu einem verstärkten glomerulären Schaden bei Ackr2-Defizienz. Die vorliegende Arbeit zeigt somit, dass im hier untersuchten Streptozotocin-induzierten Diabetes-Modell mit insgesamt geringer renaler Entzündungsaktivität der entzündungsbegrenzende Effekt von ACKR2 den auftretenden Nierenschaden im Gegensatz zu anderen renalen Krankheitsmodellen nicht vermindert. Dass ACKR2 die renale Leukozyteninfiltration bis Woche 25 des Modells begrenzt, könnte jedoch darauf hinweisen, dass bei längerem Verlauf des Krankheitsmodells ein nephroprotektiver Effekt von ACKR2 nachgewiesen werden könnte, mit zunehmend verschlechterten funktionellen und strukturellen Markern der Nierenschädigung in diabetischen Ackr2-/--Mäusen.

Abstract

Because of its clinical relevance, diabetic nephropathy is one of the most significant pathologies in nephrology. Controlled by chemokines and their receptors, leukocyte infiltration into renal tissue contributes to functional and structural inflammatory renal damage. The proinflammatory chemokine CCL2, secreted locally in tissues, contributes to the pathology of diabetic nephropathy. In recent years, atypical chemokine receptors like the atypical chemokine receptor 2 (ACKR2) became known. In contrast to typical signal transduction after binding, these receptors rather internalize bound chemokines and can promote their degradation. Thus, atypical chemokine receptors like ACKR2 can influence local inflammatory processes by degradation of e.g. CCL2 and may therefore limit structural and functional renal damage. Aim of this dissertation was first to induce diabetic disease in mice by injection of streptozotocin and further to analyze effects of ACKR2 on the development of diabetic nephropathy, hypothesizing that lack of ACKR2 leads to accelerated renal damage. The development of diabetic nephropathy was compared between wildtype mice and Ackr2 knockout mice. To accelerate diabetic kidney injury by promoting renal hyperfiltration, unilateral nephrectomy was performed in all experimental animals before diabetes was induced by streptozotocin injection. Diabetic mice were observed for 25 weeks. Functional parameters including albuminuria and glomerular filtration rate were determined. Finally, structural renal damage, renal leukocyte infiltration and abundance of proinflammatory chemokines were analyzed. In the first part of this study, diabetes mellitus was induced successfully in wildtype mice. Blood sugar levels and HbA1c were elevated and functional parameters reflecting renal damage like albuminurie and reduced GFR were present. In addition, structural damage could be observed in glomeruli, with mesangial matrix expansion and increased leukocyte infiltration. Diabetic disease developed similarly in wildtype and Ackr2-deficient mice. Some differences in inflammatory responses were noted between the two genotypes. These included elevated leukocyte levels in renal tissue and blood , increased mobilization of bone marrow cells and a higher CCL2 levels in plasma of diabetic Ackr2 knockout mice. However, no difference in structural and functional renal damage could be observed comparing diabetic wildtype and Ackr2 knockout mice. In summary, this study demonstrates a significant influence of ACKR2 on inflammatory responses in diabetic nephropathy. ACKR2 apparently limits leukocyte infiltration into renal tissue until week 25 of diabetic nephropathy. However, despite increased renal leukocyte infiltration Ackr2 deficiency did not result in more severe functional or structural renal damage until week 25 of this streptozotocin-induced diabetic mouse model. An extended observational time could possibly show stronger nephroprotectic effects of ACKR2 in this model.